張建勛

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010021）

1.分析并網(wǎng)光伏電站低電壓穿越技術(shù)要求及技術(shù)實現(xiàn)

大量光伏接入電網(wǎng)，對電網(wǎng)運行安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生了諸多不良影響，因此，為減少電壓脫落故障，并始終保持不脫離電網(wǎng)運行狀態(tài)，有必要提高光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越能力，切實提高光伏電站整體運行穩(wěn)定性。就并網(wǎng)光伏電站低電壓穿越要求看，光伏電站在實際發(fā)展中，主要以“分散開發(fā)”“大規(guī)模開發(fā)”等模式發(fā)展，在具體運行中，呈現(xiàn)出不穩(wěn)定運行狀態(tài)[1]。因此，為全面提高電網(wǎng)運行環(huán)境的穩(wěn)定性，相關(guān)電網(wǎng)企業(yè)在實踐運營過程中，必須參照《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》等要求擬定光伏電站低電壓穿越技術(shù)文件，確保實現(xiàn)對光伏電站運行狀況的監(jiān)控，促使光伏電站在不間斷并網(wǎng)運行狀態(tài)下穩(wěn)定運行。

同時，為保證并網(wǎng)光伏電站低電壓穿越技術(shù)水平，需要將電壓值ULO控制在定額電壓0.9倍左右，將光伏電站運行區(qū)域時間控制在合理范圍內(nèi)，確保光伏電站始終保持在最佳運行狀態(tài)。另外，在并網(wǎng)光伏電站低電壓穿越過程中，需要將無功電流值設(shè)定為0；要求相關(guān)技術(shù)操作人員將光伏發(fā)電系統(tǒng)故障后無功電流設(shè)定為：IB=kIN，確保滿足電網(wǎng)運行需求，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。

2.探究光伏電站低電壓穿越的無功策略

2.1 非對稱故障情況下，低電壓穿越控制策略

研究發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)故障發(fā)生時，逆變器運行工況直接關(guān)系到電網(wǎng)運行狀態(tài)，為此，要想保證光伏系統(tǒng)運行安全可靠性，必須制定具有針對性的低電壓穿越控制策略，為保證獲取到精度較高的并網(wǎng)電流，需要清晰化地明確控制目標；必須實現(xiàn)對前級最大功率的跟蹤和控制，確保前后級直流側(cè)功率在穩(wěn)定范圍內(nèi)，并嚴格按照系統(tǒng)設(shè)定的母線電壓標準，將電壓控制在穩(wěn)定狀態(tài)下。在光伏系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，逆變器可實現(xiàn)cosφ=1并網(wǎng)目標，當(dāng)出現(xiàn)低電壓故障時，系統(tǒng)會根據(jù)電網(wǎng)無功需求，發(fā)出無功功率?；诠夥到y(tǒng)結(jié)構(gòu)看，并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)之間構(gòu)成并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示；逆變器和電網(wǎng)相當(dāng)于兩個電壓源并聯(lián)在一起，在正常工況下，功率流動會出現(xiàn)環(huán)流情況，為此，針對此種情況，采取的是在并網(wǎng)點電流控制的辦法[2]。在MPPT算法推導(dǎo)下可得到逆變器Ude-ref，為更好跟蹤和監(jiān)測電網(wǎng)電壓、電流分量情況，使用的是引用鎖相環(huán)對電網(wǎng)電壓進行跟蹤，并在MPPT協(xié)同作用下，有效調(diào)節(jié)光伏陣列輸出的直流電流，大大提升了并網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。

圖1 并網(wǎng)逆變器控制框架圖

2.2 電壓定向逆變器控制策略

電網(wǎng)發(fā)生低電壓故障時，并網(wǎng)故障點處的電壓會開始下降，需要采取限流控制措施，保證逆變器安全運行?；诠夥嚵谐掷m(xù)保持最大功率跟蹤狀態(tài)，會造成能量出入不平衡，能量堆積在直流側(cè)，導(dǎo)致直流母線測電壓激增，造成逆變器中的功率開關(guān)器件被燒毀。因此，需要對電壓定向的逆變器進行控制，在本文研究中，主要采取的是“電網(wǎng)電壓矢量定向雙閉環(huán)控制”方式，借助變量進行獨立控制，并實時進行無誤差跟蹤，可掌握逆變器動態(tài)響應(yīng)情況。要想提高光伏電站運行穩(wěn)定性，將光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)運行時，必須保證在穩(wěn)壓狀態(tài)下；在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏陣列側(cè)輸出的功率途徑逆變器轉(zhuǎn)換成正弦量，為此，需要為逆變器運行提供電網(wǎng)電位信號控制條件，確保實現(xiàn)電網(wǎng)電壓一致性。

2.3 對稱故障下低電壓穿越故障控制策略

對稱故障發(fā)生時，光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電氣量是保持在對稱狀態(tài)的，但故障期間直流側(cè)堆積了大量的功率，造成直流母線側(cè)電壓出現(xiàn)激增現(xiàn)象。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生對稱性低電壓跌落故障時，需要采用所示的控制策略，雙向的Buck/Boost變換器，可將能量從高壓轉(zhuǎn)移到低壓狀態(tài)，支持存儲直流側(cè)不平衡能量，有效規(guī)避直流側(cè)能量的堆積，進而保持直流側(cè)電壓的穩(wěn)定性，切實提高光伏發(fā)電系統(tǒng)安全可靠性質(zhì)，確保光伏電站低電壓故障能夠順利地穿越。

2.4 對稱故障時，負序電壓前饋控制策略

研究發(fā)現(xiàn)，因非線性擾動因素造成的三相電壓不平衡時，基波電壓負序分量和高次諧波含量也會增加，實現(xiàn)對電網(wǎng)各序電壓分量的控制。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生非對稱故障情況時，直流側(cè)的功率中含有二倍頻分量，經(jīng)由調(diào)制后，會產(chǎn)生更高次的諧波，對電網(wǎng)造成了諧波污染。當(dāng)負序分量在逆變器輸出功率中出現(xiàn)二倍頻波動情況時，鎖相信號會發(fā)生畸變情況，并對調(diào)制信號產(chǎn)生一定的干擾，最終導(dǎo)致電流發(fā)生畸變情況。針對此種情況的解決辦法，主要采用的是鎖相環(huán)將負序分量分離和消除；使用LES濾波器電壓檢測方法后，獲取到電網(wǎng)電壓基波和正負序分量，然而，在濾波環(huán)節(jié)削弱了光伏逆變系統(tǒng)低電壓穿越響應(yīng)速度，為此，要想規(guī)避電網(wǎng)故障時電流負序分量的影響，采用了負序電壓前饋控制方法，抑制了電網(wǎng)電路中負序電流分量對光伏逆變系統(tǒng)的影響，保證了光伏逆變系統(tǒng)低電壓穿越的響應(yīng)速度[3]。

2.5 雙向Buck/Boost變換器輔助控制策略

在電網(wǎng)故障期間，需要將直流母線側(cè)堆積的能量轉(zhuǎn)移到超級電容中，為保證后續(xù)故障再利用需求，需要將超級電容中的能量進行釋放，確?？焖倩謴?fù)電網(wǎng)正常運行狀態(tài)，在雙向Buck/Boost變換器輔助控制下，可為電網(wǎng)電壓跌落故障的發(fā)生提供支持。進行超級電容放電時，需要設(shè)置切換點，目的在于保持光伏發(fā)電系統(tǒng)正常并網(wǎng)，一是，當(dāng)光伏陣列側(cè)的輸入功率小于額定功率時，可將其應(yīng)用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓；二是，當(dāng)超級電容放電達到儲能下限時，則停止放電。相關(guān)研究人員通過實踐研究發(fā)現(xiàn)，光伏電池短路電流和輸出功率與環(huán)境因素變化有一定的關(guān)聯(lián)性；當(dāng)溫度較低情況下，光伏電池短路電流和輸出功率較少，當(dāng)溫度較高時，則發(fā)出較多的有功功率；此種情況下，對逆變器并網(wǎng)運行產(chǎn)生了負面的影響。針對上述問題，提出了相關(guān)的控制措施，當(dāng)溫度較低的情況下，在超級電容釋放能量過程中，補充前級功率的缺額，在溫度較高情況下，吸收超過額定功率的部分能量，進而實現(xiàn)MPPT運行，在光伏系統(tǒng)運行過程中，雙向Buck/Boost變換器扮演著重要的角色，可將直流母線電壓維持在恒定狀態(tài)下，并根據(jù)光伏陣列輸出的功率和額定功率，對超級電容的工作狀態(tài)進行判斷和分析。

3.結(jié)論

為解決社會能源使用需求，將光伏電站接入到電網(wǎng)中，會造成不同程度的電網(wǎng)損耗現(xiàn)象，影響到電能傳輸時效。為保證電網(wǎng)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，逐步提升在市場競爭中的核心競爭力水平，有必要深入研究光伏電站低電壓穿越控制策略，通過分析非對稱故障情況下，低電壓穿越控制策略、電壓定向逆變器控制策略，負序電壓前饋控制策略等控制策略，為光伏電站穩(wěn)定運行提供支撐，為光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)并網(wǎng)運行提供了科學(xué)指導(dǎo)，確保進一步提高電網(wǎng)運行安全性。