摘 要：針對(duì)電網(wǎng)不對(duì)稱故障下光伏系統(tǒng)存在的輸出電流峰值越限、交流側(cè)功率波動(dòng)、直流側(cè)電壓不穩(wěn)定等問(wèn)題，該文提出一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障下光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)功支撐控制策略。以無(wú)功支撐要求為目標(biāo)，以有功功率波動(dòng)幅值和輸出電流峰值為約束條件確定逆變器的有功功率安全運(yùn)行區(qū)域，提供足夠無(wú)功支撐并擴(kuò)展有功功率輸出能力，或在約束條件內(nèi)根據(jù)無(wú)功電流權(quán)重提供部分無(wú)功支撐，保證光伏系統(tǒng)在發(fā)生電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)安全運(yùn)行，最后仿真驗(yàn)證了控制策略的有效性。

關(guān)鍵詞：光伏系統(tǒng)；電能質(zhì)量；無(wú)功功率；故障穿越；安全運(yùn)行區(qū)域

中圖分類號(hào)：TK514 " """"""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

隨著新能源大規(guī)模接入，未來(lái)新能源將在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要的位置。針對(duì)高比例新能源電網(wǎng)，新能源電網(wǎng)除了基本的電力傳輸能力以外，還應(yīng)具備維持電網(wǎng)穩(wěn)定的相關(guān)功能［1-4］。根據(jù)一些電網(wǎng)規(guī)范，光伏系統(tǒng)需要在出現(xiàn)低壓故障的情況下注入一定的無(wú)功功率來(lái)實(shí)現(xiàn)故障穿越［5-7］。光伏系統(tǒng)通過(guò)光伏并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)進(jìn)行連接，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流會(huì)產(chǎn)生負(fù)序分量，進(jìn)而造成逆變器輸出電流波形畸變且峰值過(guò)大、并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)、直流側(cè)電壓不穩(wěn)等不利影響。因此，逆變器如何安全地進(jìn)行無(wú)功支撐有著重要意義。

為提高逆變器在故障下的不脫網(wǎng)以及安全性，學(xué)者對(duì)有功功率波動(dòng)、負(fù)序電流和無(wú)功功率波動(dòng)的抑制已進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)［8］為解決過(guò)流問(wèn)題，對(duì)電流越限原理展開了詳細(xì)的分析；文獻(xiàn)［9-10］只考慮抑制故障情況下的電流峰值，同時(shí)卻減小了逆變器的功率輸出；文獻(xiàn)［11-12］向電力系統(tǒng)提供無(wú)功電流，通過(guò)PI控制器限幅抑制逆變器輸出電流峰值，但輸出了不對(duì)稱的電流；文獻(xiàn)［13］以控制參數(shù)對(duì)3個(gè)目標(biāo)統(tǒng)一控制，并用智能算法進(jìn)行參數(shù)的選優(yōu)；文獻(xiàn)［14］提出一種不平衡故障時(shí)的濾波電容電流前饋有源阻尼控制，以保證光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在不對(duì)稱電網(wǎng)故障時(shí)輸出對(duì)稱電流，但未考慮逆變器兩側(cè)功率不等導(dǎo)致的直流側(cè)過(guò)壓?jiǎn)栴}；文獻(xiàn)［15］以電流峰值與有功功率波動(dòng)幅值為約束條件，分析并網(wǎng)系統(tǒng)的有功功率安全運(yùn)行區(qū)域，提高了逆變器的有功輸出能力；鑒于新的無(wú)功支撐要求，文獻(xiàn)［16-17］分別在實(shí)現(xiàn)輸出電流平衡和消除有功功率波動(dòng)幅值的基礎(chǔ)上，加入無(wú)功支撐策略；文獻(xiàn)［18］在通過(guò)多個(gè)控制參數(shù)控制參考電流，能在輸出電流峰值不越限和有功功率波動(dòng)最小的前提下，向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐，但文章并未考慮直流側(cè)電壓的穩(wěn)定；文獻(xiàn)［19］基于模型預(yù)測(cè)電流達(dá)到解決交流側(cè)過(guò)流的問(wèn)題，并通過(guò)自適應(yīng)算法控制解決直流側(cè)過(guò)電壓?jiǎn)栴}，但其未能實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的無(wú)功支撐功能；文獻(xiàn)［20］提出不對(duì)稱故障下的電壓支撐策略，基于電壓需求對(duì)無(wú)功電流提出了相關(guān)要求，但未考慮對(duì)輸出功率的影響。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種不對(duì)稱故障下光伏電站無(wú)功支撐控制策略，在越限時(shí)根據(jù)權(quán)重分配無(wú)功電流，達(dá)到提供部分無(wú)功支撐的目的，在未越限時(shí)根據(jù)約束建立有功功率安全運(yùn)行區(qū)域，在區(qū)域內(nèi)提供足夠的無(wú)功支撐并拓展功率輸出能力。在無(wú)功支撐的同時(shí)引入非最大功率點(diǎn)跟蹤控制，穩(wěn)定直流側(cè)電壓，進(jìn)一步保證逆變器以及Boost變換器安全。最后仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文控制策略的有效性。

1 不對(duì)稱故障下光伏逆變器運(yùn)行特性分析

光伏系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中[Cdc]為直流側(cè)電容，[Udc]為直流側(cè)電壓，[Lf]為逆變器側(cè)濾波電感，[Cf]為濾波電容，[iabc]為逆變器輸出電流，[ugabc]為電網(wǎng)電壓，[UPV]為光伏陣列電壓。

在三相三線制系統(tǒng)中，不考慮零序分量，發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，電網(wǎng)電壓和輸出電流可在[αβ]坐標(biāo)上表示為：

[uabc=u+gα+u-gαu+gβ+u-gβ"""" =U+gcos（ωt+θ+）+U-gcos（ωt+θ-）U+gsin（ωt+θ+）-U-gsin（ωt+θ-）] （1）

[iabc=i+αp+i+αqi+βp+i+βq+i-αp+i-αqi-βp+i-βq=i+α+i-αi+β+i-β""""""""" I+pcos（ωt+θ+）+I+qsin（ωt+θ+）I+psin（ωt+θ+）-I+qcos（ωt+θ+）+""""""""" I-pcos（ωt+θ-）-I-qsin（ωt+θ-）-I-psin（ωt+θ-）-I-qcos（ωt+θ-）]""""" （2）

式中：[u+gαβ]、[u-gαβ]——[αβ]坐標(biāo)上的正、負(fù)序電網(wǎng)電壓，V；[U+g]、[U-g]——正、負(fù)序電網(wǎng)電壓幅值，V；[θ+]、[θ-]——正、負(fù)序電網(wǎng)電壓相位，rad；[i+αβp]、[i-αβp]——[αβ]坐標(biāo)上的正、負(fù)序有功電流，A；[i+αβq]、[i-αβq]——[αβ]坐標(biāo)上的正、負(fù)序無(wú)功電流，A；[I+p]、[I-p]——正、負(fù)序有功電流幅值，A；[I+q]、[I-q]——正、負(fù)序無(wú)功電流幅值，A；[ω]——基波角頻率，rad/s。

由瞬時(shí)功率理論，可得到并網(wǎng)點(diǎn)功率及有功功率波動(dòng)幅值的表達(dá)式為：

[P=1.5U+gI+p+U-gI-pQ=1.5U+gI+q+U-gI-qΔPg=1.5I+pU-g+I-pU+g2+I+qU-g-I-qU+g2ΔQg=1.5I+qU-g+I-qU+g2+I-pU+g-I+pU-g2]"""""""" （3）

式中：[P]、[Q]——有功功率（W）和無(wú)功功率（var）的直流分量幅值；[ΔPg]、[ΔQg]——有功功率波動(dòng)幅值（W）和無(wú)功功率波動(dòng)幅值（var）。

出于對(duì)逆變器安全的考慮，逆變器運(yùn)行時(shí)需要考慮1.1節(jié)及1.2節(jié)的限制條件。

1.1 有功功率波動(dòng)幅值限制

由于有功功率波動(dòng)幅值和直流側(cè)母線電壓波動(dòng)幅值[ΔUdc]之間的關(guān)系為：

[ΔPg=2ωCdcΔUdcUdc]""""""" （4）

考慮到直流母線電壓波動(dòng)的限制，[ΔUdc]應(yīng)限制在1%額定直流電壓以內(nèi)，依據(jù)此限制條件，聯(lián)立式（3）中的有功功率波動(dòng)幅值表達(dá)式及式（4）有：

[I-pU+g+I+pU-g2+I+qU-g-I-qU+g2≤43ωCdcUdcΔUdc_max]"""""" （5）

式中：[ΔUdc_max]——[ΔUdc]限制值，V。

1.2 輸出電流限制

將式（2）進(jìn)行反Clarke變換，可得到輸出電流峰值的最大值[Ipeakmax]為：

[Ipeakmax=I+2+I-2+2I+I-γmax]"""" （6）

其中：

[I+=I+p2+I+q2I-=I-p2+I-q2γmax=maxcos（?），cos（?-120°），cos（?+120°）?=θ-+atan2I-qI-p-θ++atan2I+qI+p]"" （7）

根據(jù)GB/T 40427—2021《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》，新能源機(jī)組應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95～滯后0.95的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)，功率因數(shù)應(yīng)大于0.95，因此設(shè)置[Ipeakmax]的約束條件為：

[Ipeakmax=I+2+I-2+2I+I-γmax"""""""""" ≤2×PNUgpeak2×0.95×3]""""""""" （8）

式中：[PN]——逆變器額定輸出功率，W；[Ugpeak]——電網(wǎng)單相電壓幅值，V。

2 無(wú)功支撐控制策略

現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)發(fā)生對(duì)稱故障時(shí)，新能源逆變器需注入無(wú)功電流支撐電網(wǎng)電壓。本文采用參考文獻(xiàn)［21］中的無(wú)功支撐要求：

[I+qref=2.5×0.9UN-U+gUNINI-qref=2.5×0.05UN-U-gUNIN]"""""" （9）

式中：[I+qref]——正序無(wú)功電流幅值參考值，A；[I-qref]——負(fù)序無(wú)功電流幅值參考值，A；[UN]——標(biāo)稱電壓，V；[IN]——逆變器輸出額定電流，A。

2.1 滿足無(wú)功支撐要求后越限

由于此時(shí)滿足無(wú)功支撐會(huì)導(dǎo)致逆變器的運(yùn)行越限，考慮安全的優(yōu)先級(jí)，此時(shí)已經(jīng)不能滿足無(wú)功支撐要求，令有功分量為零?；谟泄β什▌?dòng)幅值和電流幅值的安全限制，依據(jù)式（5）、式（8）可得不滿足無(wú)功支撐時(shí)的逆變器安全限制條件為：

[fP=43ωCdcUdcΔUdc_max-I+qU-g-I-qU+g≥0fI=PN-Ugpeak×0.95×1.5×I+q2+I-q2+2I+qI-qγmax≥0]"""""""""""""""""""""""""" （10）

式中：[fP]——有功功率波動(dòng)幅值限制函數(shù)；[fI]——電流幅值限制函數(shù)。

依據(jù)電壓跌落程度，分析式（9）可知：若在某電壓跌落情況下，無(wú)功支撐公式中的[I+qref]gt;[I-qref]，即[I+qref]權(quán)重更大，則優(yōu)先輸出[I+qref]，令[I-qref]置零，若此時(shí)滿足式（10），可增加[I-qref]的輸出； 若此時(shí)不滿足式（10），降低[I+qref]的輸出。當(dāng)[I-qref]權(quán)重更大時(shí)同理，此時(shí)雖不能達(dá)到無(wú)功支撐的要求，但可在保證逆變器的安全下向無(wú)功支撐要求貼近。

2.2 滿足無(wú)功支撐要求后無(wú)越限

根據(jù)式（3）可知，為進(jìn)一步減少功率波動(dòng)，引入控制參數(shù)[μ]，其取值范圍設(shè)置為［[-ε]，[ε]］。

[I-pref=μI+pref]""""" （11）

式中：[ε=U-gU+g]——電壓不平衡度。

在滿足無(wú)功支撐的要求上，當(dāng)[μ=-ε]時(shí)，能最大程度減小有功功率波動(dòng)；當(dāng)[μ=0]時(shí)，能輸出平衡正序電流；當(dāng)[μ=ε]時(shí)，能最大程度減小無(wú)功功率波動(dòng)。

將式（9）、式（11）代入有功功率波動(dòng)幅值限制式（5）可得：

[fP=43ωCdcUdcΔUdc_max2-94INU-g-18INU+g2-""""""" μU+g+U-gI+p≥0] （12）

將式（9）、式（11）代入電流幅值限制式（8）可得：

[fI=PN-Ugpeak×0.95×1.5×""""" A2-B2-1+μ2I+p2+I+p2+A2μI+p2+B2≥0A=94-52U+gUNINB=18-52U-gUNIN]""""""""""""""""" """""""" （13）

此時(shí)兩限制條件轉(zhuǎn)化為2個(gè)[I+p]與[μ]相關(guān)的不等關(guān)系式（式（12）、式（13））。在滿足了兩限制條件的基礎(chǔ)上，此時(shí)若逆變具備有多余的容量，可多輸出有功功率。由式（3）和式（11）可知，此時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)有功功率幅值為：

[P=1.5U+g+μU-gI+p]""""" （14）

當(dāng)選定一個(gè)[μ]時(shí)，式（12）、式（13）會(huì)對(duì)應(yīng)2個(gè)[I+p]范圍，又可通過(guò)[μ]和[I+p]代入式（14）對(duì)應(yīng)2個(gè)[P]范圍，此時(shí)的范圍交集為滿足無(wú)功支撐條件下逆變器的有功功率安全運(yùn)行區(qū)域。取電壓跌落程度為0.5，所得單相接地故障以及兩相接地故障時(shí)有功功率安全運(yùn)行區(qū)域如圖2所示。

在考慮逆變器安全的基礎(chǔ)上，同時(shí)分析直流側(cè)電壓穩(wěn)定的影響。光伏電站的Boost變換器在常規(guī)情況下選用最大功率點(diǎn)跟蹤（maximum power point tracking， MPPT）控制光伏電站輸出功率到逆變器。為保護(hù)逆變器直流側(cè)電壓穩(wěn)定，此時(shí)涉及到光伏陣列最大輸出功率[PMPPT]以及逆變器輸出最大功率[Pmax]是否能達(dá)到一致的問(wèn)題。

MPPT與Non-MPPT操作的切換判斷條件如下所述：

若[PMPPT]lt;[Pmax]，Boost變換器以MPPT輸出功率曲線與逆變器功率安全運(yùn)行區(qū)間的交線為最高功率輸出；若[PMPPT]gt;[Pmax]，降低Boost變換器輸出功率使其與逆變器有功功率區(qū)間的最大功率點(diǎn)重合，此操作為Non-MPPT控制。

當(dāng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，為了較快得到穩(wěn)定的占空比，選取在光伏陣列P-V曲線右側(cè)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于此時(shí)需求的有功功率的電壓近似值[U?non]計(jì)算式為：

[U?non=PMPPT-PmaxPMPPTUoc-UMPPT+UMPPT]""""""" （15）

式中：[Uoc]——光伏陣列開路電壓，V；[UMPPT]——最大功率點(diǎn)處的光伏電壓，V。

由于此時(shí)的電壓近似值與實(shí)際的電壓值還存在偏差，引入一個(gè)[ΔUnon]，功率經(jīng)過(guò)比例積分控制器得到[ΔUnon]。

由于光伏陣列電壓與Boost變換器占空比存在式（16）的關(guān)系：

[UPV=1-DUdc] （16）

式中：[D]——Boost變換器占空比。

因此可得到新占空比計(jì)算式：

[Dnon=1-"""""""""" PMPPT-PmaxPMPPTUoc-UMPPT+UMPPT+kp+kisPMPPT-PmaxUdc]""""""""""""""""""""""""""" （17）

對(duì)于情況1）：逆變器與Boost變換器間存在有功功率流動(dòng)，此時(shí)需根據(jù)Boost變換器與逆變器輸出功率，調(diào)整Boost變換器輸出與逆變器相結(jié)合；對(duì)于情況2）：由于此時(shí)無(wú)功不滿足要求，Boost變換器輸出功率從MPPT模式轉(zhuǎn)換成非MPPT模式并輸出零功率即可。

3 仿真驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提無(wú)功支撐策略的有效性，Matlab/Simulink仿真平臺(tái)中搭建圖1所示仿真模型，控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

依據(jù)限制條件及參數(shù)設(shè)定可知，有功功率波動(dòng)幅值[ΔPg]=16.09 kW，[Ipeak≤]112.82 A。光伏列陣為20串7并，環(huán)境溫度保持25 ℃不變，光伏列陣參數(shù)和系統(tǒng)其他參數(shù)如表1所示。

在仿真中，設(shè)計(jì)了單相接地和兩相接地兩種故障場(chǎng)景，在兩種故障場(chǎng)景下改變[μ]和[P]分別設(shè)計(jì)滿足和不滿足無(wú)功支撐要求的場(chǎng)景，場(chǎng)景設(shè)置如表2所示。

對(duì)于故障場(chǎng)景中的單相接地故障情況，在式（10）中代入此時(shí)的電壓跌落程度以及正負(fù)序網(wǎng)側(cè)電壓，如圖4所示。

由圖4可知，需求逆變器完成無(wú)功支撐要求時(shí)逆變器未越限。依據(jù)圖2可知，逆變器處于滿足無(wú)功支撐要求的有功功率安全運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，但處于光伏輸出功率大于逆變器輸出功率的情況下，因此需轉(zhuǎn)換成Non-MPPT控制。仿真總時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為0.7 s，0.2 s給光伏陣列穩(wěn)定輸出。0.0～0.3 s光伏輸出最大功率指令29.81 kW，逆變器輸出有功功率指令29.81 kW，0.3～1.0 s時(shí)光伏輸出指令20.41 kW，逆變器輸出有功功率指令20.00 kW，0.3 s時(shí)Boost變換器切換為Non-MPPT控制，0.3～0.5 s時(shí)[μ]為[-0.1]，[0.5～0.7] s時(shí)[μ]為0，0.7～1.0 s時(shí)[μ]為0.1。仿真網(wǎng)側(cè)電壓、網(wǎng)側(cè)電流、直流側(cè)電壓、Boost變換器占空比以及逆變器輸出功率、光伏陣列輸出有功功率、無(wú)功電流如圖5所示。

從圖5中可看到，0.2～0.3 s正常情況下本控制策略可很好地實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)控制，0.3 s后發(fā)生單相接地故障，若光伏陣列繼續(xù)按最大功率輸出功率，此時(shí)處于本控制策略中應(yīng)改變Boost變換器控制的情況，應(yīng)轉(zhuǎn)換為Non-MPPT控制。由圖5c～

圖5e可知，當(dāng)轉(zhuǎn)換策略后，光伏陣列輸出功率從29.81 kW變?yōu)?0.41 kW，貼近逆變器所需功率，逆變器輸出有功功率波動(dòng)幅值根據(jù)[μ]的增大而略微增大，與安全區(qū)域隨[μ]增大貼近有功功率波動(dòng)幅值限制式分析一致。有功功率波動(dòng)幅值約在14 kW且在設(shè)定的限值以下；輸出電網(wǎng)電流峰值為85.67 A，隨[μ]增大而減小，與有功功率安全區(qū)域的分析一致且在限值以下；占空比減??；直流側(cè)電壓在規(guī)定的800 V附近波動(dòng)且在1%否認(rèn)限制內(nèi)。由圖5f和圖5g可知，本文策略在不對(duì)稱故障下給電網(wǎng)提供了一定的無(wú)功功率且會(huì)根據(jù)[μ]值變化而變化，達(dá)到了無(wú)功支撐的效果。

對(duì)于故障場(chǎng)景中的兩相接地故障情況，在式（10）代入此時(shí)的電壓跌落程度以及正負(fù)序網(wǎng)側(cè)電壓，如圖6所示。

此時(shí)屬于正序無(wú)功電流比重大于負(fù)序無(wú)功電流的狀態(tài)，優(yōu)先輸出足夠的正序無(wú)功電流。若此時(shí)輸出足夠的負(fù)序無(wú)功電流，由圖6可知，此時(shí)越限，可知不能輸出足夠的負(fù)序無(wú)功電流，負(fù)序無(wú)功電流應(yīng)在取足夠的正序無(wú)功電流后在限制條件下的無(wú)功電流容量以下，將式（10）進(jìn)行等式計(jì)算，可得負(fù)序無(wú)功電流最大可輸出量為24.97 A，圖7仿真時(shí)負(fù)序無(wú)功電流選取24 A，仿真總時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為0.3 s，0 s時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)兩相接地故障，此時(shí)的網(wǎng)側(cè)有功功率、電壓以及電流如圖7所示。

由圖7可知，此時(shí)設(shè)定逆變器需求功率為0，光伏陣列按照Non-MPPT輸出，此時(shí)的無(wú)功電流在允許的電流范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了部分的無(wú)功支撐，電流峰值為[-112.30] A，低于設(shè)定的112.82 A，直流側(cè)電壓波動(dòng)在8 V以內(nèi)，有功功率在0 kW附近，有功功率波動(dòng)幅值小于設(shè)定的16.09 kW。

為了驗(yàn)證本策略的有功功率拓展能力，與參考文獻(xiàn)［9］進(jìn)行對(duì)比，將參考文獻(xiàn)額定功率0.5 MW同步為50 kW，額定電流1 kA同步為107.82 A，峰值電流為本文的112.82 A，有功功率安全運(yùn)行區(qū)間對(duì)比如圖8所示。

由圖8可知，本文控制在通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)[μ]的過(guò)程中，可把有功功率運(yùn)行到最高約26.77 kW，超過(guò)了文獻(xiàn)［9］所設(shè)置的固定24.40 MW對(duì)應(yīng)的24.40 kW，體現(xiàn)了本文控制策略的功率拓展輸出能力。

上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略在電網(wǎng)正常運(yùn)行以及不對(duì)稱故障下的有效性，該策略不僅能保證兩級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在故障期間安全運(yùn)行，還能向電網(wǎng)提供適當(dāng)?shù)臒o(wú)功支撐，并在此基礎(chǔ)上拓展了功率輸出能力。

4 結(jié) 論

針對(duì)不對(duì)稱故障下逆變器的安全考慮以及電網(wǎng)無(wú)功支撐的需求，提出一種電網(wǎng)不對(duì)稱故障下光伏系統(tǒng)無(wú)功支撐的安全運(yùn)行控制策略，進(jìn)行了仿真驗(yàn)證并得出以下主要結(jié)論：

1）所提控制策略以并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)無(wú)功支撐的要求為目標(biāo)，以并網(wǎng)點(diǎn)有功功率波動(dòng)幅值、輸出電流峰值和直流側(cè)電壓為約束條件，在保證逆變器安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合Boost變換器，能向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐。

2）在光伏系統(tǒng)安全且能提供足夠無(wú)功支撐要求的情況下，以有功功率波動(dòng)幅值、輸出電流峰值以及逆變器額定容量為約束條件建立了光伏系統(tǒng)的有功功率安全運(yùn)行區(qū)域，達(dá)到了在提供足夠無(wú)功支撐時(shí)利用光伏逆變器的剩余容量對(duì)電網(wǎng)靈活地提供有功輸出，并拓展了功率輸出能力。

3）在光伏系統(tǒng)安全但無(wú)法提供足夠無(wú)功支撐要求的情況下，以上述約束條件保證了光伏系統(tǒng)的安全并基于無(wú)功電流的權(quán)重給予了電網(wǎng)部分的無(wú)功支撐。

［參考文獻(xiàn)］

［1］"""""" 張耀文， 張政權(quán)， 劉慶想， 等. 新型雙向儲(chǔ)能變流器分析與研究［J］. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 2022， 43（4）： 82-89.

ZHANG Y W， ZHANG Z Q， LIU Q X， et al. Analysis and research of new bidirectional energy storage converter［J］. Acta energiae solaris sinica， 2022， 43（4）： 82-89.

［2］"""""" 張智剛， 康重慶. 碳中和目標(biāo)下構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與展望［J］. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2022， 42（8）： 2806-2819.

ZHANG Z G， KANG C Q. Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future［J］. Proceedings of the CSEE， 2022， 42（8）： 2806-2819.

［3］"""""" 魏梅芳， 黎躍龍， 胡國(guó)峰， 等. 考慮多主體互動(dòng)的光儲(chǔ)充微電網(wǎng)運(yùn)行模式分析［J］. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)， 2023， 38（2）： 133-140.

WEI M F， LI Y L， HU G F， et al. Analysis of operating mode of photovoltaic-energy storage-charging station microgrid considering multi-agent interaction［J］. Journal of electric power science and technology， 2023， 38（2）： 133-140.

［4］"""""" 夏向陽(yáng)， 易浩民， 陳向群， 等. 配置儲(chǔ)能裝置的光伏預(yù)測(cè)配網(wǎng)優(yōu)化研究［J］. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2018， 49（10）： 2618-2624.

XIA X Y， YI H M， CHEN X Q， et al. Optimal operation of photovoltaic forecast distribution network based on information" fusion" theory［J］." Journal" of" Central"" South University（science and technology）， 2018， 49（10）： 2618-2624.

［5］"""""" 吳東， 汪海寧， 房志學(xué)， 等. 基于微網(wǎng)儲(chǔ)能變流器的故障穿越控制［J］. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 2020， 41（10）： 66-73.

WU D， WANG H N， FANG Z X， et al. Fault ride-through control based on microgrid energy storage converter［J］. Acta energiae solaris sinica， 2020， 41（10）： 66-73.

［6］"""""" 陳凌彬， 夏向陽(yáng)， 廖一丁， 等. 考慮多變量協(xié)同保護(hù)的儲(chǔ)能變流器故障穿越策略［J］. 太陽(yáng)能學(xué)報(bào)， 2023， 44（1）： 442-450.

CHEN L B， XIA X Y， LIAO Y D， et al. Fault ride through strategy of power conversion system considering multi-variable"" cooperative" protection［J］." Acta"" energiae solaris sinica， 2023， 44（1）： 442-450.

［7］"""""" 孔祥平， 李鵬， 韓杰祥， 等. 適應(yīng)電力電子變壓器功率雙向交換的低電壓穿越運(yùn)行控制策略［J］. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)， 2021， 36（2）： 124-131.

KONG X P， LI P， HAN J X， et al. Low-voltage ride through strategy for bidirectional power electronic transformers［J］." Journal" of" electric" power" science and technology， 2021， 36（2）： 124-131.

［8］"""""" GUO X Q， LIU W Z， ZHANG X， et al. Flexible control strategy for grid-connected inverter under unbalanced grid faults"" without"" PLL［J］." IEEE" transactions" on" power electronics， 2015， 30（4）： 1773-1778.

［9］"""""" 譚騫， 徐永海， 黃浩， 等. 不對(duì)稱電壓暫降情況下光伏逆變器輸出電流峰值的控制策略［J］. 電網(wǎng)技術(shù)， 2015， 39（3）： 601-608.

TAN Q， XU Y H， HUANG H， et al. A control strategy for peak output current of PV inverter under unbalanced voltage sags［J］. Power system technology， 2015， 39（3）： 601-608.

［10］"""" 劉素梅， 畢天姝， 王曉陽(yáng)， 等. 具有不對(duì)稱故障穿越能力逆變型新能源電源故障電流特性［J］. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化， 2016， 40（3）： 66-73.

LIU S M， BI T S， WANG X Y， et al. Fault current characteristics of inverter interfaced renewable energy generators with asymmetrical fault ride-through capability［J］. Automation of electric power systems， 2016， 40（3）： 66-73.

［11］"""" JUSTO J， MWASILU F， JUNG J W. Doubly fed induction generator wind turbines： a novel integrated protection circuit for low-voltage ride-through strategy［J］. Journal of renewable and sustainable energy， 2014， 6： 053129.

［12］"""" RAHIM A H M A， NOWICKI E P. Supercapacitor energy storage" system" for fault"" ride-through" of" a" DFIG" wind generation system［J］. Energy conversion and management， 2012， 59： 96-102.

［13］"""" 萬(wàn)曉鳳， 郗瑞霞， 胡海林， 等. 基于果蠅算法的電網(wǎng)不平衡時(shí)并網(wǎng)逆變器多目標(biāo)優(yōu)化控制研究［J］. 電網(wǎng)技術(shù)， 2018， 42（5）： 1628-1635.

WAN X F， XI R X， HU H L， et al. Research on multi-objective optimization control of grid-connected inverter under unbalanced grid voltage based on fruit fly algorithm［J］. Power system technology， 2018， 42（5）： 1628-1635.

［14］"""" GAYEN P K， CHATTERJEE D， GOSWAMI S K. A low-voltage ride-through capability enhancement scheme of doubly fed induction generator based wind plant considering" grid" faults［J］." Journal" of" renewable" and sustainable energy， 2016， 8（2）： 025301.

［15］"""" 熊浩， 杜雄， 孫鵬菊， 等. 三相并網(wǎng)變流器在電網(wǎng)不對(duì)稱故障時(shí)的有功功率安全運(yùn)行區(qū)域［J］. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)， 2018， 38（20）： 6110-6118.

XIONG H， DU X， SUN P J， et al. Active power safe operation" region" of" three-phase"" grid-connected"" voltage source"" converter""" under"" unbalanced"" grid"" faults［J］. Proceedings of the CSEE， 2018， 38（20）： 6110-6118.

［16］"""" 傘國(guó)成， 漆漢宏， 魏艷君， 等. 基于復(fù)功率的電網(wǎng)電壓不平衡條件下并網(wǎng)逆變器控制策略［J］. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)， 2017， 32（8）： 229-236.

SAN G C， QI H H， WEI Y J， et al. Complex power based control strategy of grid-connected inverter under unbalanced grid""" voltage""" conditions［J］.""" Transactions""" of"" China Electrotechnical Society， 2017， 32（8）： 229-236.

［17］"""" AFSHARI E， MORADI G R， RAHIMI R， et al. Control strategy"" for"" three-phase"" grid-connected"" PV"" inverters enabling" current" limitation" under" unbalancednbsp; faults［J］. IEEE transactions on industrial electronics， 2017， 64（11）： 8908-8918.

［18］"""" 楊超穎， 王金浩， 楊赟磊， 等. 不對(duì)稱故障條件下并網(wǎng)光伏逆變器峰值電流抑制策略［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2018， 46（16）： 103-111.

YANG C Y， WANG J H， YANG Y L， et al. Control strategy to suppress peak current for grid-connected photovoltaic inverter under unbalanced voltage sags［J］. Power system protection and control， 2018， 46（16）： 103-111.

［19］"""" 楊春波， 王晶晶， 康鵬， 等. 基于混合型算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略［J］. 中國(guó)電力， 2020， 53（3）： 18-27， 58.

YANG C B， WANG J J， KANG P， et al. Research on LVRT control strategy of photovoltaic system based on hybrid control algorithm［J］. Electric power， 2020， 53（3）： 18-27， 58.

［20］"""" 包正楷， 季亮， 常瀟， 等. 不平衡電壓跌落下新能源場(chǎng)站的主動(dòng)電壓支撐控制［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制， 2021， 49（16）： 161-169.

BAO Z K， JI L， CHANG X， et al. Active voltage support control strategy for a renewable generation farm during unbalanced voltage sags［J］. Power system protection and control， 2021， 49（16）： 161-169.

［21］"""" SHABESTARY M M， MOHAMED Y A R I. Autonomous coordinated control scheme for cooperative asymmetric low-voltage ride-through and grid support in active distribution networks with multiple DG units［J］. IEEE transactions on smart grid， 2020， 11（3）： 2125-2139.

REACTIVE POWER SUPPORT CONTROL STRATEGY FOR PV

GRID-CONNECTED INVERTERS UNDER ASYMMETRIC GRID FAULTS

Liao Yiding1，Xia Xiangyang1，Liu Junxiang1，Jiang Daiyu1，Wang Can2，Wang Lei2

（1. School of Electrical and Information Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410114， China；

2. Changgao Electric Group Co.， Ltd.， Changsha 410219， China）

Abstract：Aiming at the problems of output current peak exceeding limit， AC side power fluctuation and DC side voltage instability in photovoltaic system under asymmetric grid fault， this paper proposes a reactive power support control strategy for photovoltaic grid-connected inverter under asymmetric grid fault. Taking the reactive power support requirement as the goal， the active power safe operation area of the inverter is determined with the active power fluctuation amplitude and the output current peak as the constraint conditions， providing sufficient reactive power support and expanding the active power output capability， or providing partial reactive power support according to the reactive current weight within the constraint conditions to ensure the safe operation of the photovoltaic system in the event of an asymmetric grid fault. Finally， the simulation verifies the effectiveness of the control strategy.

Keywords：photovoltaic system； inverter； power quality； reactive power； fault ride through； safe operation region