对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究

utut第9期5月10日第9期5月10日对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究*(华北电力大学电气工程学院新能源电力系统国家重点实验室，北京102206)ofElectronicsandElectricalEngquenceandnegativesequthevoltageofgridisbalancedadoptingthemethodoflimitingacducingtheoutputactivepowerofPVandrealizKeywordsPVinverterlowvolt分布式电源和大型并网光伏电站，光伏发电必将成为我国的重要能源。随着光伏并网容量的增加，光伏电站出力的随机性和波动性将会对电网安全稳定国家电网公司2011年颁布了光伏电站接入电网技术规定[⁶],当电网电压跌落至如图1所示的曲线的实际情况确定。一般情况下U可设定为0.2倍额定电压，T₁可设定为0.6秒、T₂可设定为3秒。运行需要满足]:第52卷第9期电测与仪表Vol.52No.92015年5月10日ElectricalMeasurement&InstrumentationMay.10,2015全的前提下保持不间断并网运行，主要考虑逆变器的耐流能力，变流器所允许的最大电流为额定电流的1.5倍。对于光伏电站的低电压穿越，可以考虑分别从软件方面、硬件方面或是软硬件相结合的方式进行低电压穿越。硬件方案有[8]:a在直流侧增加耗能要增加额外的投入。软件方案：主要从改变控制策网逆变器运行在静止无功补偿模式，快速向电网提供无功功率支持，实现光伏并网系统的低电压穿越功能。但是，这种方法只适用于电网电压跌落不太合。文献[10-11]为了保证逆变器不脱网，通过控制电流内环的有功电流给定值ia,从而保证逆变器对称故障，不能有效地抑制负序分量。文献[12]通过将电网电压和负载电流变化引入电流环，设计了基于前馈控制的低电压穿越(LVRT)优化控制策略，能有效加快电流环对扰动的反应速度。但是适用于文献[13]设计了电网正序电压定向的矢量控制策故障时光伏并网逆变器的稳定运行，但是没有考虑在电网故障时，采用限功率运行的方法改变输而使输入功率和输出功率在电网故障期间大致保持改变d轴电流指令实现有功输出的改变，此时就选一定程度上减小了功率不平衡，使变流器不会因为过电流发热而烧坏。同时，将网侧电流限定为变流器所允许输出额定电流的1.5倍，结合d轴、q轴电式中iv是变流器的额定电流。控制策略如图2所图2对称故障时LVRT控制框图统有功功率的输出，另一方面以变流器最大输出电流为准限制q轴电流的输出，降低了系统的输出电和三相对称故障不同的是：不对称故障会出现序分量为0,所以不对称故障下的LVRT控制关键在采用正序和负序分量分离方法，将不对称电压在正常运行时，两相旋转dq坐标系下的数学模2015年5月10日ElectricalMeasurement&InstrumentationMay.10,2015当电网发生不对称故障时，利用坐标变换可得P、Q为变流器吸收的有功功率、无功功率。具体表式中Po、Q,分别为变流器有功功率、无功功率平均谐波分量正弦项峰值。各功率分量的计算公式式(6)表示了6个功率受控量和4个电流分量有2个功率分量是无法控制的。要舍去6个功率变Qo进行控制，即变流器的功率控制指令选取Po、均值相关。文中直流电压外环采用PI调节器，所又要求变流器运行在单位功率因数下，所以令Qo*=P₁*=P₂*=0,根据式(7)可得到电流指令：受到电流交叉耦合项的影响，因此采用前馈解耦控由式(8)到式(10),可以得到双环矢量控制框序通道。直流环节给定最大追踪电压V和反馈电压V.相比较后的误差经PI调节器调节输出I,根据5月10日公式(8)可以得到P·,另外3个功率受控量Pt、Pi、Q为0,再通过公式(9)计算、分别与对应的反馈值者、、、比较后的误差经过PI调节器调节后输出、v、,再与各自的解耦算后得到变流器交流侧参考电压、、。参考电压v、、、经坐标变换后得到ABCSVPWM调制，产生驱动信号实现对变流器的控制，由此实现了在电网不对称故障下的变流器低电压穿标幺电压的40%,短路阻抗为0.031Ω,故障持续10s。图5为电网侧电压和电流波形，在电网电压跌落为标幺电压的40%时，电网侧输出电流过渡到稳定运行状态且没有越限。图6是控制指标波形，图6(a)为直流母线电压波形，Ue为光伏直流侧输出电故障时，此时控制策略不进行MPPT控制，所以t/s(b)图6对称故障时LVRT的波形图2.2不对称故障由于单相故障最为常见文章特选取单相接地短路故障。在10s时A相电压跌落至标幺电压的40%,故障持续3s。图7表明逆变器网侧电流被限制在1.5倍额定电流之内，图8为故障时刻控制指标波形图，在电网故障时刻直流母线电压U,出现一个小的波动后快速跟上电压指令Vmpu,最后是d、q轴的电流跟踪波在电网发生不对称故障(单相接地短路)时，基第52卷2015年第9期5月10日图8仿真波形图谐波分量。通过对光伏逆变器控制策略的改进，可减worksJoumalofShandongElectricPowerCo[2]刘伟，彭冬，卜广全.光伏发电接入智能配电网后的系统问题综述[J].电网技术，2009,33(19):1-6[3]靳希，张菲菲，王晓峰.大容量光伏发电接入对孤立电网稳定性的影响[J].上海电力学院学报，2011,27(5):485-489.JinXiZhangFeifeiWangUniversityofElectricPower,2011,27(5):485-489.[4]袁晓玲，宋鹏飞，等.光伏逆变器低电压穿越控制策略[J].电力电子技术，2013,47(3):67-69.strategyforPVinverterPowerElec[5]张磊，周洪伟，刘永奎，等.光伏并网逆变器低电压穿越控制策略研究[J].电力电子技术，2013,47(9):19-22forphotovoltaicgridconnectedinverterPowe[6]国家电网公司.光伏电站接人电网技术规范[S].2011.[7]周京华，刘劲东，陈亚爱，等.大功率光伏逆变器的低电压穿越控制[J].电网技术，2013,37(7):1799-1807.ZhouJinghuaLiuJindongCh[8]甄晓亚，尹忠东，王云飞，等.太阳能发电低电压穿越技术综述[J].电网与清洁能源，2011,27(8):65-69.ZhenXiaoyaYinZhongdongWangYunfvoltageridethroughinphotovoltaicpoweThreephasePhotovoltaicInverterWCharacteristicsIEEETransactionsonPowplant[J].ElectrotechnicalApplication,2012,3[11]王京保，曾国宏，荆龙.电压不对称故障下光越技术[J].电气传动，2013,43(12):24-27.WangJingbaoZengGuoh