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1、光伏并網(wǎng)逆變器零電壓穿越技術研究媒體：《控制與傳動》發(fā)布時間：2014-1-2113:40:271引言隨著傳統(tǒng)能源資源的不斷枯竭，新能源技術的不斷發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)已成為電力能源中的重要組成部分。隨著光伏發(fā)電穿透功率的增加，將對電網(wǎng)的安穩(wěn)性帶來新的挑戰(zhàn)。當電網(wǎng)發(fā)生瞬時故障時，如果大容量的光伏發(fā)電單元不能維持電網(wǎng)的電壓和頻率，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成很大的影響。具有波動性特點電站大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電時，如果其不具備低電壓穿越能力(LowVoltageRide-Through，LVRT)，將會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來極大的隱患，故L
2、VRT能力顯得尤為重要。低電壓穿越（LVRT），是指當電力系統(tǒng)事故或擾動引起電網(wǎng)電壓跌落時，光伏發(fā)電系統(tǒng)保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行，支持電網(wǎng)故障恢復直到電壓達到正常水平，從而穿越低電壓這個區(qū)域。在國內(nèi)外風電系統(tǒng)中，已經(jīng)相應制定了新的電網(wǎng)運行準則，規(guī)定了風電系統(tǒng)并網(wǎng)運行條件中必須具有低電壓穿越能力。國內(nèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，已經(jīng)制定了相關準則對低電壓穿越能力提出要求。國網(wǎng)電力科學研究院率先展開了低電壓穿越和相關檢測裝置的研究和標準制定工作。并在低電壓穿越基礎上根據(jù)電網(wǎng)實際要求提出了零電壓穿越能力光伏逆變器入網(wǎng)要求。本文在介紹低電壓穿越控制
3、基礎上分析零電壓穿越相關要求的基礎上，展開了零電壓穿越試驗的控制研究工作，給出了相關實驗結(jié)果波形。2技術要求根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》GB/T19964-2012標準要求，當電力系統(tǒng)事故或擾動引起光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓跌落時，在一定的電壓跌落范圍內(nèi)和時間間隔內(nèi)，光伏發(fā)電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。圖1為光伏發(fā)電站應滿足的低電壓穿越要求（1）光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓跌至0時，光伏發(fā)電站應能不脫網(wǎng)連續(xù)運行0.15s；（2）光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓跌至曲線1以下時，光伏發(fā)電話可以從電網(wǎng)切出。圖1光伏發(fā)電站的零電壓穿越能力要求3動
4、態(tài)無功支撐能力電力系統(tǒng)發(fā)生不同類型故障時，若光伏發(fā)電站并網(wǎng)點考核電壓全部在圖1中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電站應保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行；否則，允許光伏發(fā)電站切出。針對不同故障類型的考核電壓如表1所示。表1光伏發(fā)電站低電壓穿越考核電壓故障類型考核電壓三相短路故障并網(wǎng)點線電壓兩相短路故障并網(wǎng)點線電壓單相短路故障并網(wǎng)點相電壓對于通過220kV（或330kV）光伏發(fā)電匯集系統(tǒng)升至500kV（或700kV）電壓等級接入電網(wǎng)的光伏發(fā)電站群中的光伏發(fā)電站，當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障引起電壓跌落時，光伏發(fā)電站注入電網(wǎng)的動態(tài)無功電流應滿足以下要
5、求：（1）自并網(wǎng)點電壓跌落的時刻起，動態(tài)無功電流的響應時間不大于30ms。（2）自動態(tài)無功電流響應起直到電壓恢復至0.9pu期間，光伏發(fā)電站注入電力系統(tǒng)的動態(tài)無功電流IT應實時跟蹤并網(wǎng)點電壓變化，并應滿足：4鎖相環(huán)處理傳統(tǒng)三相鎖相環(huán)一般由鑒相器、環(huán)路濾波器和振蕩器構(gòu)成。傳統(tǒng)三相鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2傳統(tǒng)三相鎖相環(huán)原理首先通過坐標變換將三相電壓轉(zhuǎn)換到dq坐標系下，為使d軸分量與電壓矢量完全同相，設定q軸電壓參考值Uq_ref=0，將q軸電壓偏差值Uq_err作為鑒相器輸出的角度偏差。經(jīng)PI調(diào)節(jié)器輸出得到頻率，再經(jīng)一個積分
6、環(huán)節(jié)得到角度值。當電網(wǎng)電壓中只存在正序基波分量時，其dq坐標系下的穩(wěn)態(tài)值為直流量，通過控制q軸分量為零可以實現(xiàn)相位頻率鎖定。當電網(wǎng)出現(xiàn)不平衡故障時，電網(wǎng)電壓中除正序分量外，還存在負序和零序分量。對于三相無中線系統(tǒng)，一般不考慮零序電動勢。此時電網(wǎng)電壓可以表示為:式中，u+、u-分別表示正序負序電壓幅值，θ0-表示負序電壓相對于正序電壓初始相角。經(jīng)3/2變換后，得到αβ靜止坐標系下電壓表達式為:電網(wǎng)電壓的正序和負序分量可以在αβ靜止坐標系下表示為:通過dq變換轉(zhuǎn)換到同步坐標系下可得通過上面公式可以得到當鎖相環(huán)正常工作時，wt≈
7、θ，因此上式可以表示為:由上式可以看出，在正序同步坐標系下，正序電壓分量轉(zhuǎn)化為直流分量，負序分量轉(zhuǎn)化為兩倍電網(wǎng)頻率的分量。因為傳統(tǒng)的PI調(diào)節(jié)器只能對直流量進行無靜差的控制，因此負序電壓分量會對鎖相環(huán)的輸出帶來很大的擾動。針對傳統(tǒng)的三相電網(wǎng)相角檢測方法在電網(wǎng)波動及故障情況下的不足，本文提出了一種新型的數(shù)字鎖相環(huán)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3改進的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)為消除電網(wǎng)電壓不平衡帶來的擾動，這里采用移相控制器來消除兩倍電網(wǎng)頻率的擾動。移相控制器的基本原理可以表示為由上式可以看出，兩倍電網(wǎng)頻率的擾動可以通過延遲1/4電網(wǎng)周期后相加消除。
8、在控制系統(tǒng)中，移相控制器必須表示為離散形式，其離散結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4移相控制離散結(jié)構(gòu)圖4中，N為一個電網(wǎng)周期內(nèi)的采樣次數(shù)。經(jīng)過移相控制器后，所提出鎖相環(huán)輸出的正序分量為在電網(wǎng)不平衡情況下，同樣需要準確獲取電網(wǎng)電壓負序分量的幅值和相位信息。負序分量在負序同步坐標系下獲得。電網(wǎng)電壓的正序負序分量及正序負序
