光伏并网逆变器零电压穿越技术研究

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1、光伏并网逆变器零电压穿越技术研究媒体：《控制与传动》发布时间：2014-1-2113:40:271引言随着传统能源资源的不断枯竭，新能源技术的不断发展，光伏发电系统已成为电力能源中的重要组成部分。随着光伏发电穿透功率的增加，将对电网的安稳性带来新的挑战。当电网发生瞬时故障时，如果大容量的光伏发电单元不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性造成很大的影响。具有波动性特点电站大规模并网发电时，如果其不具备低电压穿越能力(LowVoltageRide-Through，LVRT)，将会对电网的安全稳定运行带来

2、极大的隐患，故LVRT能力显得尤为重要。低电压穿越（LVRT），是指当电力系统事故或扰动引起电网电压跌落时，光伏发电系统保证不脱网连续运行，支持电网故障恢复直到电压达到正常水平，从而穿越低电压这个区域。在国内外风电系统中，已经相应制定了新的电网运行准则，规定了风电系统并网运行条件中必须具有低电压穿越能力。国内光伏发电系统中，已经制定了相关准则对低电压穿越能力提出要求。国网电力科学研究院率先展开了低电压穿越和相关检测装置的研究和标准制定工作。并在低电压穿越基础上根据电网实际要求提出了零电压穿越能力光伏逆变器入

3、网要求。本文在介绍低电压穿越控制基础上分析零电压穿越相关要求的基础上，展开了零电压穿越试验的控制研究工作，给出了相关实验结果波形。2技术要求根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T19964-2012标准要求，当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围内和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。图1为光伏发电站应满足的低电压穿越要求（1）光伏发电站并网点电压跌至0时，光伏发电站应能不脱网连续运行0.15s；（2）光伏发电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏发电话可以从

4、电网切出。图1光伏发电站的零电压穿越能力要求3动态无功支撑能力电力系统发生不同类型故障时，若光伏发电站并网点考核电压全部在图1中电压轮廓线及以上的区域内光伏发电站应保证不脱网连续运行；否则，允许光伏发电站切出。针对不同故障类型的考核电压如表1所示。表1光伏发电站低电压穿越考核电压故障类型考核电压三相短路故障并网点线电压两相短路故障并网点线电压单相短路故障并网点相电压对于通过220kV（或330kV）光伏发电汇集系统升至500kV（或700kV）电压等级接入电网的光伏发电站群中的光伏发电站，当电力系统发生短路

5、故障引起电压跌落时，光伏发电站注入电网的动态无功电流应满足以下要求：（1）自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30ms。（2）自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.9pu期间，光伏发电站注入电力系统的动态无功电流IT应实时跟踪并网点电压变化，并应满足：4锁相环处理传统三相锁相环一般由鉴相器、环路滤波器和振荡器构成。传统三相锁相环结构如图2所示。图2传统三相锁相环原理首先通过坐标变换将三相电压转换到dq坐标系下，为使d轴分量与电压矢量完全同相，设定q轴电压参考值Uq_ref=0，将q轴电压偏

6、差值Uq_err作为鉴相器输出的角度偏差。经PI调节器输出得到频率，再经一个积分环节得到角度值。当电网电压中只存在正序基波分量时，其dq坐标系下的稳态值为直流量，通过控制q轴分量为零可以实现相位频率锁定。当电网出现不平衡故障时，电网电压中除正序分量外，还存在负序和零序分量。对于三相无中线系统，一般不考虑零序电动势。此时电网电压可以表示为:式中，u+、u-分别表示正序负序电压幅值，θ0-表示负序电压相对于正序电压初始相角。经3/2变换后，得到αβ静止坐标系下电压表达式为:电网电压的正序和负序分量可以在αβ静止

7、坐标系下表示为:通过dq变换转换到同步坐标系下可得通过上面公式可以得到当锁相环正常工作时，wt≈θ，因此上式可以表示为:由上式可以看出，在正序同步坐标系下，正序电压分量转化为直流分量，负序分量转化为两倍电网频率的分量。因为传统的PI调节器只能对直流量进行无静差的控制，因此负序电压分量会对锁相环的输出带来很大的扰动。针对传统的三相电网相角检测方法在电网波动及故障情况下的不足，本文提出了一种新型的数字锁相环，其结构如图3所示。图3改进的锁相环结构为消除电网电压不平衡带来的扰动，这里采用移相控制器来消除两倍电网频

8、率的扰动。移相控制器的基本原理可以表示为由上式可以看出，两倍电网频率的扰动可以通过延迟1/4电网周期后相加消除。在控制系统中，移相控制器必须表示为离散形式，其离散结构如图4所示。图4移相控制离散结构图4中，N为一个电网周期内的采样次数。经过移相控制器后，所提出锁相环输出的正序分量为在电网不平衡情况下，同样需要准确获取电网电压负序分量的幅值和相位信息。负序分量在负序同步坐标系下获得。电网电压的正序负序分量及正序负序