光伏逆變器低電壓穿越控制策略

摘要：研究了光伏逆變器低電壓穿越(LVRT)特性，針對光伏電站在并網(wǎng)點(diǎn)電壓突然跌落時對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來的不利影響，提出一種單級式光伏逆變器LVRT控制策略。該策略通過對無功、有功電流的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)了LVRT，同時保持了較高的并網(wǎng)電流質(zhì)量。仿真和實(shí)驗結(jié)果驗證了該控制策略的可行性。
關(guān)鍵詞：逆變器；低電壓穿越；光伏

1 引言
近年來，隨著光伏電站數(shù)量和容量的不斷增加，對電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生的威脅逐漸增大。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時，光伏電站的突然脫網(wǎng)會進(jìn)一步惡化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，在此期間引起的功率缺額可能導(dǎo)致相鄰的電站跳閘，從而引起更大面積的停電，LVRT能力也被認(rèn)為是光伏并網(wǎng)設(shè)備設(shè)計制造控制技術(shù)上的最大挑戰(zhàn)之一，直接關(guān)系到光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用。因此，對保障光伏電站接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行而言，研究LVRT技術(shù)十分必要。
《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》指出大中型光伏電站應(yīng)具備一定的LVRT能力，說明現(xiàn)階段中國對光伏電站的LVRT能力的重視，但并未對
LVRT期間光伏逆變器的運(yùn)行方式進(jìn)行詳細(xì)說明。這里參考了德國并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中對LVRT期間無功電流的要求，通過改進(jìn)光伏逆變器控制策略，使光伏逆變器在LVRT期間，可按照電壓跌落幅度提供相應(yīng)的無功功率以支撐電網(wǎng)運(yùn)行，該方法無需增加新的硬件設(shè)備，便于實(shí)現(xiàn)。

2 光伏電站低電壓穿越要求
圖1示出德國并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)中無功電流與電壓跌落之間的關(guān)系。

可見，在電壓跌落期間，光伏電站必須提高其無功電流以支撐電網(wǎng)電壓，當(dāng)電壓跌落幅度超過10％時，每1％的電壓跌落，光伏電站至少需提供2％的無功電流，其響應(yīng)速度應(yīng)在20 ms之內(nèi)，必要時可提供100％的無功電流。

3 光伏逆變器LVRT控制策略
風(fēng)電場在電網(wǎng)電壓跌落時，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，而轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較大滑差，使轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生過電流和過電壓，從而直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行。但光伏電站電壓達(dá)到開路電壓后，逆變器的輸出電流基本為零，直流側(cè)電壓不會繼續(xù)增加。故制約光伏電站LV RT能力的主要因素是光伏逆變器輸出的交流電流，既要保持逆變器不脫網(wǎng)，又不能因過電流導(dǎo)致逆變器損壞或跳開。

圖2示出單級式光伏三相并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在三相靜止a，b，c坐標(biāo)系下，根據(jù)基爾霍夫定律，三相并網(wǎng)逆變器模型可描述為：