【低电压穿越控制策略概述6200字】

低电压穿越控制策略概述目录TOC\o"1-3"\h\u8461低电压穿越控制策略概述 1212321.1电网电压跌落原因及低电压穿越技术要求 1268181.1.1电网电压跌落原因 1153121.1.2低电压穿越技术要求 2711.2低电压穿越控制策略分析（处于对称跌落状态） 3185431.2.1对于低电压的故障检测分析 310241.2.2低电压穿越控制策略分析（处于对称跌落状态） 3223091.3低电压穿越控制策略分析（处于不对称跌落状态） 4180111.3.1正负序分离 441531.3.2低电压穿越控制策略分析（处于不对称跌落状态） 5142891.4模拟仿真低电压穿越 636831.1.1模拟仿真低电压穿越（电网电压处于对称跌落状态） 6194111.1.2模拟仿真低电压穿越（电网单相电压跌落的状态下） 952471.5小结 10在电网运行的过程中如果电网内部的电压突然下降，此时光伏发电系统依然可以在不脱离电网的情况下保持正常运行状态，并且维持自身运行状态直到故障的解决，这种能力就称之为低电压穿越。在这个过程中系统需要给电网提供一定的无功支撑。基于第3章的内容分析，通过多电平电流源型逆变器就可以针对光伏电站无功功率的输出以及有功功率的输出进行灵活调节，通过这种方式就可以让电站对于电网提供一定的无功支撑。本章在第三章研究的基础上，通过使用仿真模拟软件对多电平电流源性光伏逆变器进行数学建模，并根据模型分析并研究其低电压控制策略。1.1电网电压跌落原因及低电压穿越技术要求1.1.1电网电压跌落原因在电力系统正常的运行过程中，出现的电网电压跌落现象[35]，实际上是因为扰动或者故障导致的电网出现的某段时期内电压下降，随即又变为正常的现象。电网发生电压跌落的主要起因，主要是系统中因为设备故障或者是天气问题引起的，是比较常见的。比如在出现一些极端天气状况时可能会导致继电保护装置动作，主要的原因是因为极端天气让其中的塔杆上绝缘子闪络放电，也有可能是因为极端天气导致了其中线路对地放电。在一些雷雨季节，如果输电线路没有保护暴露在自然环境中，那么也有可能会因为累积而出现电压跌落。其次，当电路中的某处发生短路等故障时，会导致整个电网中的电流产生波动，从而影响电压的变化，产生电压跌落。其中导致后果最为严重的是三相短路出现的电压跌落。从发生的频率来看，最有可能发生的是系统单相接地故障，所以对于目前系统运行来说，导致电压跌落故障最重要的原因就是单相短路接地。最后，当有一些大负荷临时启动，也会造成电网系统出现跌落等问题。比如，当母线和大电机相互连接，如果大电机启动，那么就势必就会导致该母线出现显著的跌落现象。也就是说，如果大电机设备处于全电压的状态下开启，那么就会在电网系统里吸取额定电流的五至八倍电流值，此时的母线电压会因为大电流流过阻抗而立刻产生跌落。还有一种情况是因为大容量参数的变压器设备，如果将其应用到电力系统中运行，也会造成电力系统的跌落发生。1.1.2低电压穿越技术要求光发电系统之所以要制定低电压穿越标准，主要的目的是为了提升系统的抵御故障能力。目前中国对于低压专业推出的标准主要有两个，一个是《并网光伏发电专用逆变器技术条件》，还有一个是《光伏电站接入电力系统技术规定》，其中前者对发电站的零电压穿越能力做了相关规定，而后者提出了要保证光伏发电所在的电网的稳定运行的具体要求，即通常情况下电网中发生电压跌落时，除非故障一直持续，否则光伏发电不能脱网。由此，如果故障能够快速恢复到正常的运行状态，那么就可以确保光伏发电系统维持在稳定运行，提高电网系统的可靠性、安全性。具体的规定可以参考图4-1。图4-1低电压穿越性能的技术标准规范Fig.4-1TechnicalStandardSpecificationforlowvoltageridethroughperformance当电力系统光伏发电内部的并网点，因为受到影响，发生的电压跌落深度数据是百分之八十，那么这种情况下，其中的光伏发电系统维持并网正常时的时间参数值为T1，当电力系统中故障解除，此时的并网点电压值就等于额定电压参数值的0.9倍，此时的过程时长为T2。通常，按照T1是1秒，而T2是1.2低电压穿越控制策略分析（处于对称跌落状态）1.2.1对于低电压的故障检测分析必须不断对低电压故障检测技术进行改进和完善，以使得故障能够被及时检测，并及时对其进行维修。从而使电网获得快速的无功支撑。对于各种精密的设备来说，如果电网发生了电压跌落必然会影响其正常工作状态，也许跌落的过程只维持了几个周波，但是这种情况依然会对设备产生损害，并且还有可能会导致不可挽回的成本损失，所以在研究的过程中应该最大程度减小电压跌落故障过程中存在的检测时间。通过这种方式能够很好地优化与完善光伏并网逆变器的响应低电压故障速率。对于电压跌落故障问题，检测过程中将会基于网点电压的幅值来进行分析，,从目前的情况来看主要包含三种方式可以对于幅值进行计算，通常采用的研究方法，包括了有效值计算法、正交坐标计算法以及电压峰值检测法。上述研究方法中，电压峰值检测法[36]使用较多，对于电力系统电压峰值的计算，是基于半个周期范围中找到极值的方式。该方法稳定性较弱，但是计算量低。而采取的正交坐标计算法[37]则是在计算电压幅值的过程中，基于坐标d-q或者坐标α-β得到的，具体计算过程如下：Vamp=Vamp=但这种方法无法获取各相的幅值信息。下面介绍有效值计算法[38]。其计算公式如下所示：Vrms=上述计算函数，电压的周期参数用符号T表示，电压有效值参数用符号Vrms表示。按照上述计算方式，就能够得到最终的电压有效值，并且这个计算得到的数据代表的是半个周期内的1.2.2低电压穿越控制策略分析（处于对称跌落状态）如果电力系统出现了突发的电压跌落现象，那么就需要一定的无功支撑作为补充。实际上，《规定》中要求，要对光伏发电系统所在的电网进行危险的预防和控制，光伏发电系统应该具有迅速向电网提供无功的功能，通过这种方式可以保证在电网发生故障的时候依然处于电压稳定状态。这种控制策略和第3章介绍的光伏逆变器存在一定的不同，在调解的过程中将会合理利用无功功率电流以及有功电流的参考值，通过这两个数据让三相电压在电网跌落的过程中避免波动。具体情况可以参考下图4-2。图4-2处于对称跌落状态的低电压穿越控制策略电路结构Fig.4-2Circuitstructureoflowvoltageridethroughcontrolstrategyinsymmetricaldropstate对于传统的控制策略来说，采用电流指令计算方法进行目标控制的过程中，一方面需要确保其中的有功功率输出，另外一方面需要需要让其中逆变器输出数据尽量提升，可以通过下面的计算公式进行分析：Isdref=通过上述计算可以得到相应的结果，但是这种计算方法也存在一定的弊端。因为在计算过程中，有功电流Isdref在系统出现了突发故障时，就会瞬间提高参数值。不仅如此，利用无功电流Isqref研究的过程中，没有深入分析电力系统跌落深度的内容。基于以上分析，本文研究采取了一种更加完善的新型电流计算方式Isdref=在这个公式计算的过程中还加入了补偿系数K，通过这个系数的加入可以让其中的光伏逆变器具备一定的调节能力，保证具体的无功功率补偿数据和实际情况保持一致。其中k取k=11.3低电压穿越控制策略分析（处于不对称跌落状态）1.3.1正负序分离相比于电压对称电路故障，电网中出现不对称丢了故障更加频繁，比如其中的电网中单相接地以及工作过程中的两相短路等都属于不对称故障。首先对于其中的电力系统运行过程进行判断，需要确定其是否属于三相不对称状态，如果属于这种状态，那么就可以确定其中使用的方法，研究过程中确定采用对称分量法来对于其进行分析。利用这种方法可以对于每一个相的状态进行分解，分解完成以后得到对应的分量，这些分量分别是零序、正序以及负序三种。如果想要详细了解分解完成以后的具体情况可以通过图4-3进行了解。（a）正序分量形式(b)负序分量形式(c)零序分量形式图4-3正负零序分量形式Fig.4-3Formofpositiveandnegativezerosequencecomponents从图中的分析来看，其中的V0a、V0b、V0c无论是幅值还是下面对于将a相作为基准值的情况进行分析，在这种情况下通过下面的公式可以对于对称分量以及三相相量之间的关系。Va(p)式中a=ej120°，a2=ej240°,且有1+a+a2=0，Vb(p)对于上面的公式进行分析可以发现，其中的正序分量数据计算结果和系统保持正常工作状态下的相序数据是一致的，并且分析得到的负序分量和其中的相序之间的关系和前者刚好相反，如果从零序分量的角度来进行分析，可以发现其中三个相位保持一致。1.3.2低电压穿越控制策略分析（处于不对称跌落状态）实际上，在进行电网分析研究的时候，必然会遇到三相不对称状态情况，在这种情况下通常会选择使用对称分量法来进行研究，需要注意的是其中会遇到三种不同的序的分量，这些情况都会发生在不对称跌落故障中，对于这篇论文的分析来说，其中并没有零序电流回路。所以对于这篇论文选择的无中线结构逆变器不需要对于零序分量进行考虑，在具体计算的过程中实际上是无需考虑到零序分量的作用的。为了进一步降低其中负序分量带来的影响，这篇论文选择使用负序电压前馈法来进行处理[40]。对于这种方式，首先要进行负序分量的确定，其次反馈该分量，在该过程中，可以将负序分量以及移相控制信号保持一致，通过这种方式可以消除负序分量带来的干扰。如果想要详细了解其中控制策略的过程，可以参考下图。图4-4低电压穿越控制方案（处于不对称跌落状态）Fig.4-4Lowvoltageridethroughcontrolscheme(inasymmetricalsagstate)对于上图内容进行分析发现，这一方案是在前文所述的控制方案基础上所做的优化和完善，将正负序分离模块融入其中，通过这种方法可以有效消除相应的干扰和影响，具有很好的研究意义以及应用价值。1.4模拟仿真低电压穿越本章节的研究内容是在前述内容的基础上，基于三相电压处于不对称跌落以及对称跌落的多种故障阶段，从而获得低电压控制策略，这个策略可以应对多种故障，并且这个章节中还建立了相应的低电压穿越模型，这个模型建立是基于PSCAD/EMTDC仿真平台实现的。在这个过程中还使用软件进行了相应的模拟仿真处理，通过模拟仿真的过程，能够对于系统的策略是否满足预期要求，是否具有足够的准确性、可行性、可靠性以及安全性。1.1.1模拟仿真低电压穿越（电网电压处于对称跌落状态）在国家电网的相关技术标准规范中，就对于光伏发电系统进行了明确的要求，需要在并网点电压跌落低于20%的阶段，必须保证系统至少连续运行一秒，且不能脱离该电网。基于这项要求，对于仿真过程来说，使用的电网不再是原来的方案，而是选择三个相位交流电压来代替，并且三相之间相互大小相差120°，通过这种方式配置电源有利于对于三相电压进行模拟，可以详细的了解三个信息的变化，一个是相的幅值，一个是其相位，还有一个是这个过程中的频率，并且能够选择故障发生持续的时间。还需要对于系统进行数学模型构建，这个过程需要通过仿真模拟软件来实现。在纺织过程中需要选择以下这些参数：首先需要确定其中的网侧线电压，这个数据选择使用一万伏，接着需要确定其中的变压器容量，这个数据选择使用1MVA，在仿真过程中使用的变比数据是10:0.3:0.33，光伏阵列额定功率为0.7MVA。具体情况可以参考图4-5，其中的情况是将其中的并网点电压设置为跌落故障，并且其中的跌落深度数据是80%，在这个过程中选择使用对称跌落情况的控制策略，详细记录图4-5电力系统并网点中的"A"相电流电压波形Fig.4-5Currentandvoltagewaveformsof"A"phaseinparallelnetworkofpowersystem通过对于上图的波形情况进行研究和分析可以发现，电力系统并网点中的电压跌落深度要达到数据百分之八十的情况，并且在这个过程中分析其中的并网点电流，判断其中是否存在电流激增，通过这种方式就可以有效判断设计的低压穿越控制策略是否对于其中的并网点电流冲击形成影响，使其受到了一定程度的抑制。在完成了电网故障的运维处理之后，就能够快速恢复该位置的电流值，使其可以达到发生电压跌落故障之前的参数值，该阶段的网侧电压参数已经达到之前的水平，实现了低电压穿越。对于图4-6分析可以发现，图中的内容实际上为并网点电流电压形式的局部放大图，通过这个图可以详细了解三相跌落故障瞬间的具体情况。由图4-6中以看出，为了维持整个电网系统的稳定运行，逆变器应该向电网提供无功支撑，以保证系统在因为故障而发生低电压穿越时所产生的波动。此时，在并网点内部的电流参数，就会由电网电压一致的相位水平，发展至具有一定角度滞后的相位水平，这就产生了一个直流区间在并网电流中。图4-6并网点电流电压波形Fig.4-6Currentandvoltagewaveformsofparallelpoint下图的波形，是将三相全桥电路Y接到多电平电流源型光伏逆变器设备电路中的中上部SLCR-CSC时，其内部组件主开关管在系统出现对称跌落阶段的波形情况。图4-7三相全桥电路主开关管触发脉冲的波形情况（发生故障瞬间）Fig.4-7Waveformoftriggerpulseofmainswitchinthreephasefullbridgecircuit对于上图的波形，分析图中的研究结果可以发现，如果将其中的Tgy2、Tgy3都设置为开通状态，那么需要注意其中的具体的开通时间点，当处于断开的情况和相跌落故障的瞬间，三开关管的触发脉冲波形在参考图4-8，其中包含来为逆变器输出的两种情况，一种是无功功率，一种是有功功率，这两种情况设置的跌落深度都是百分之八十，针对具体的输出情况进行来图形绘制，分析图中的数据信息可以发现光伏发电系统的工作过程，首先其中的光伏逆变器在这个过程中出现了无功功率下降的情况，其次这个光伏逆变器出现了有功功率上升的情况，前后者的变化分别为0.1MVA和0.6MVA左右，这在《条件》中规定的范围之内。图4-8逆变器输出的无功与有功功率（处于故障期间）Fig.4-8Reactiveandactivepoweroutputbyinverter(duringfault)1.1.2模拟仿真低电压穿越（电网单相电压跌落的状态下）在电网中，通过对于出现的所有不对称情况进行分析，可以发现其中发生概率更高的是单相接地的情况，所以在这个章节的分析中将会创造的情景就是其中的A相发生单相接地短路故障，并且这个过程的分析结果通过图4-9来进行展现。在这个过程中主要分析光伏发电系统在这种故障阶段所表现的低电压穿越状态。在仿真的过程中，采用了三个交流受控电压源，相互之间存在120°的相位差，按照80%的电压跌落，持续总时长为0.2秒，处于1s时，系统出现了A相接地短路故障。图4-9三相电流电压波形（处于A相电压跌落状态）Fig.4-9Threephasecurrentand