伏并网低电压穿越技术

国内光伏并网低电压穿越要求

略：

低电压穿越方法

当前，光伏电站实现低电压穿越可通过两种方式，即增加硬件设备或者改变控制策略。本节对基于储能设备、基于无功补偿设备、基于无功电流电压支撑控制策略三种实现LVRT的典型方法进行介绍。

基于储能设备的方法

基于储能设备的方法是通过增加硬件设备来实现LVRT的，其拓扑结构如下图所示，储能设备选用超级电容器。实现LVRT的原理是：正常情况下，电网给电容充电；当电压发生跌落时，电容反过来放电给并网点提供能量，支撑并网点电压，保证逆变器继续并网运行。通过采取这种方法，并网逆变器输出的电能质量将得到明显改善。

基于无功补偿设备的方法

基于无功补偿设备的方法也是通过增加硬件来实现LVRT的。光伏电站并网点电压受多种因素影响易发生波动，并网点电压出现瞬间跌落的情况时，光伏电站自身不具备瞬时电压支撑的能力，接入无功补偿设备能使得并网逆变器输出电压基本恒定，可以抑制并网点处母线电压波动，显著提高光伏电站各母线电压，提升光伏电站低电压穿越能力。无功补偿设备可以是静止无功补偿器(SVC)，也可以是动态无功补偿器(SVG)，两者相比较，SVC的动态性能虽不如SVG，但仍能满足运行要求。随着SVG价格的逐渐降低，也可考虑采用静止同步补偿器(STATCOM)这类设备，以提升光伏电站动态响应的性能。

基于无功电流电压支撑的控制策略

基于无功电流提供电压支撑的LVRT策略原理见下图。对电网电压进行采样后相序分解，分解出的正序分量被送至锁相环(PLL)后产生相位角以实现并网电流与电网电压的同频同相，并决定电网故障条件下的无功电流方向。直流环节控制器输出电网正常时的有功参考电流id*，并同时算出PR控制器(P+Res)所需的id和iq，计算时要考虑包括LCL滤波器补偿。为增强控制环的动态特性，可通过增加一个前馈控制环节在产生PWM调制信号之前引入了一个电网电压的前馈控制量。如果没有这个前馈控制量，那么在并网点发生电压跌落时逆变器的输出电流将会急剧增大。当加入前馈控制这一改进措施后，既保证了在传送的无功电流范围内逆变器输出电流可供，又能够使硬件设备不会过流。

低电压穿越测试装置分类

光伏电站LVRT测试装置必须具备两项功能：一是能模拟电压跌落和恢复曲线，二是能将逆变器输出的能量转送入电网。LVRT测试装置按照实现方式可分为基于阻抗形式、基于变压器形式和基于电力电子变换形式三类。

1基于阻抗形式的测试装置

基于阻抗形式的LVRT测试装置电路主拓扑如下图所示，按照接入阻抗的方式，测试装置又可分为串联方式和并联方式。串联阻抗方式的LVRT测试装置的拓扑结构如下图所示，通过改变串联阻抗与负载阻抗配比产生不同深度的电压跌落。测试前，开关处于闭合状态，电网直接给负载供电；测试时，断开开关，串联阻抗分压使加在负载上的电压减小，即模拟发生跌落故障。
并联阻抗方式的LVRT测试装置拓扑如下图(b)，通过合适的阻抗匹配产生不同深度的电压跌落。测试前，开关处于断开状态，电网经阻抗1给负载供电；测试时，闭合开关，由于阻抗2的值较小，使得负载的分压减小，即发生跌落。

基于阻抗形式的LVRT测试装置具有结构简单、测试便捷的优点。但由于有功率从阻抗流过使得该类装置能量损耗比较大，不具备无功补偿功能，同时阻抗配比不能跟随负载变化自动调节，跌落深度和精度不易控制。若串／并联阻抗可变，则能获得不同的跌落深度。

2基于变压器形式的测试装置

基于变压器形式的LVRT测试装置有以升降压变压器组合形式实现和以中心抽头变压器形式两类。基于升降压变压器组合形式的LVRT测试装置拓扑结构见如下图。图(a)是串联方式的拓扑结构图，两个变压器的电压比相反。测试前，开关组1处于闭合状态，开关组2处于断开状态，电网先经升压变升压后经降压变降压后向负载供电；测试时，改变开关组状态，使得加在负载上的电压减小为降压变的二次侧电压，即发生电压跌落。图(b)是并联方式拓扑结
构图，其中变压器1是降压变，在低压电网中可省去。测试前，Sl处于闭合状态，S2处于断开状态，电网经变压器1给负载供电；测试时，闭合S2，就能使加在负载上的电压跌落：测试结束后，断开Sl即可恢复对负载正常供电。

基于中心抽头变压器形式的LVRT测试装置拓扑结构如下图所示，又可分为单相结构和三相结构形式。图2-9(a)为单相结构形式，变压器两侧变比为1：1。测试前，开关Sl闭合，s2断开，加在负载上的电压为变压器二次侧正常电压；测试时，断开Sl，闭合S2，将负载与中间抽头连接，使得负载上的电压减小，模拟发生跌落。图(b)为三相结构形式，测试原理与单相结构相同。

采用基于变压器形式的LVRT测试装置进行较高功率等级的测试时，变压器体积与重量会很大而不易携带，限制了该类测试装置的广泛应用，同时由于电压比不可调，无法实现不同的跌落深度。在这类测试装置中，开关常采用接触器、继电器，虽然可以满足大功率测试的要求，但寿命有限，环境对其影响也较大，而且受限于它们的自身结构，动作时间不易准确控制，测试时可
能会出现电压暂断和电压、电流突增，不利于测试，甚至烧毁器件。可用具有自关断功能的可关断晶闸管等大功率器件进行代替，相比传统的接触器、继电器，这类开关具有体积小重量轻、抗冲击性强、使用寿命长、动作速度快且没有噪声等优点，满足对测试装置能适用较高功率、易于实现、成本低廉的要求，还能准确控制电压跌落的相位。

3基于电力电子变换形式的测试装置

基于电力电子变换形式的IⅥiT测试装置拓扑形式灵活且功能强大，又可分为交流调压、交-交变换、交．直．交变换等形式。
下图为基于交流调压形式的IVRT测试装置电路拓扑，双向开关1实现斩波功能，双向开关2实现续流功能，并通过LC滤波器给负载供电。测试时，通过控制占空比就可对输出电压进行调节模拟不同的跌落深度。还可以只用双向开关1，实时将输出电压同拟跌落电压相比较，并按照输出电流的极性来控制相应的开关的导通，改变占空比来获得预期的输出电压，但控制过程因为有电感的续流问题而复杂。

图(b)为基于交．直．交变换形式的IM支T测试装置电路拓扑，这类装置以单片机、DSP为处理器，整流器可采用SPWM电路等多种形式的整流电路。电网经交．直．交变换后给负载供电，通过控制整流器来保持功率因数稳定直流侧的电压，而通过控制逆变器则可根据需要产生多种故障波形，模拟电压发生诸如跌落、闪变、过／欠电压等不同类型的故障。用其进行LVRT测试时，易于控制电压跌落的深度、相位、时长和跌落类型，能满足不同故障条件对测试装置的要求，目前被广泛关注。
基于电力电子变换形式的I脓T测试装置，易于携带，功能强大。这类装置常以MOSFET、IGBT等作为开关器件，无法做到大功率等级，可用GTO、IGCT等开关器件来提升功率等级，但这类器件价格昂贵、控制复杂，而且器件本身耐受故障时电压电流冲击的程度有限，所以一般仅在实验室和低功率条件下使用。因此，考虑成本与可靠性，基于电力电子变换形式的LVRT测试装置不是实际应用中的优选方案。