当韶光伏发电已成为太阳能资源开发利用的重要办法，其间大型光伏电站的接入，将对电网的安全安稳运转产生深刻影响，特别是在电网毛病韶光伏电站的忽然脱网会进一步恶化电网运转状况，带来愈加严峻的成果[1-2]。
当光伏电站浸透率较高或出力加大时，电网产生毛病引起光伏电站跳闸，因为毛病康复后光伏电站从头并网需求时刻，在此期间引起的功率缺额将导致相邻的光伏电站跳闸，然后引起大面积停电，影响电网安全安稳运转[3]。因而，亟须展开大型光伏电站低电压穿越技能的研讨，确保光伏电站接入后电网的安全安稳运转。
文献[4-6]首要剖析了现在光伏电站完成低电压穿越的重要性和必要性。2010年12月，我国首套用于光伏电站低电压穿越现场测验的检测渠道在国网电力科学研讨院建成，标明我国注重光伏电站低电压穿越才能的研讨与检测作业。可是，现在国内外的光伏电站简直不具有低电压穿越的才能，对光伏电站低电压穿越要害技能的研讨也很少。在新能源并网的低电压穿越方面，风电场的低电压穿越技能可为光伏电站低电压穿越技术供给学习。文献[7-9]会集剖析了风电机组低电压穿越的结构和操控办法，能够选用添加硬件crowbar卸荷电路和不添加硬件的办法完成风电场低电压穿越。光伏电站与风电场比较，相同的是都经过电力电子器件并网，电力电子器件的耐受才能约束光伏电站的低电压穿越才能;不同的是光伏电站没有滚动惯量，直流侧的电压在电网毛病时不会像风电机组那样升高许多，约束光伏电站低电压穿越的瓶颈是逆变器沟通侧输出电流的巨细，若超越额定电流过大，则会危害电力电子器件。因而本文提出了一种根据光伏逆变器的光伏电站低电压穿越技术，在电网毛病时能坚持并网运转，并向电网输出必定的无功功率以支撑并网点电压，削减了因光伏电站的忽然脱网而给电网带来的晦气影响。
1光伏电站低电压穿越技术要求
光伏电站低电压穿越技能(LowVoltageRideThrough，LVRT)是指当电网毛病或扰动引起的光伏电站并网点电压动摇时，在必定的范围内，光伏电站能够不间断地并网运转。
2010年末，国家电网公司出台的《光伏电站接入电网技能规则》(企标)明确指出[10]，“大中型光伏电站应具有必定的低电压穿越才能;电力体系产生不同类型毛病时，若光伏电站并网点查核电压悉数在图中电压轮廓线及以上的区域内时，光伏电站应确保不间断并网运转;不然光伏电站中止向电网线路送电。”光伏电站的低电压穿越才能需求由逆变器完成。低电压穿越才能要求如图1所示，一般挑选UL1设定为0.2倍额定电压，T1设为1s，T2设为3s。
西班牙和德国早在2008年前后就出台了新能源并网时的低电压穿越要求[11]。德国的规范还具体规则了无功电流和电压下跌的联系，如图2所示。
上图标明，在电压下降期间光伏电站有必要进步其无功电流以支撑电网电压，当电压下跌起伏超越10%时，每1%的电压下跌，光伏电站至少需求供给2%的无功电流，其响应速度应该在20ms以内，必要时能够供给100%的无功电流。
2光伏电站低电压穿越技能完成
光伏电站低电压穿越技能的中心是光伏逆变器的低电压穿越才能，它能够不需求额定添加硬件设备，经过改动光伏逆变器的操控战略就能够完成。
2.1光伏逆变器操控战略
文献[12-14]具体介绍了三相并网逆变器典型拓扑结构，光伏阵列输出的直流电能经过三相六桥逆变器转变为所需的三相电能。其操控方针是输出安稳、高质量的正弦电流，且与并网点电压同频，功率因数满意要求，因而完成这样的方针需求对三相逆变桥进行准确的操控。图3为三相并网逆变器Udc-Q并网操控框图。
逆变器经过MPPT算法得到Udc_ref，该参考值与直流侧电压之间的差错信号经过PI调理得到内环的电流d轴重量参考值i*d，i*d与逆变器出电流d轴重量之间的差错信号经过电流环PI调理、dq解耦进程后得到逆变器PWM调制波Ud;同理操控无功功率，无功功率的给定值为Qref。
2.2光伏逆变器LVRT操控战略
与风电场相似，光伏电站在电网毛病期间需求坚持必定时刻不脱网，而不同的是，因为没有滚动部分，在电网毛病导致低电压期间光伏电站的逆变器直流侧母线电压不会增大许多，在到达开路电压Uoc今后，逆变器的输出就为零，直流侧电压不会持续增大。因而约束光伏电站低电压穿越才能的首要是光伏逆变器输出的沟通电流，不该过流而导致光伏逆变器跳开，所以既要坚持逆变器不脱网，又不能损坏逆变器。因为电压下跌期间逆变器输出的电流首要是有功重量id，因而使输出电流不过流(一般不超越额定电流的1.1倍)首要是操控电流内环的有功电流给定值i*d(见图3)，然后操控id不过流。在必要时能够下降id然后留出电流裕度用以输出无功电流iq。其操控战略如图4所示。
图中，操控器检测并网点电压是否下跌，若电压下跌，则断开电压外环，在电流内环直接给定输出不过流时的id值作为参考值，可用正常运转时id=1作为参考值，也能够用小于1的值作为参考值然后减小id，下降有功功率输出;另一种办法是用逆变器正常运转时的id=1作为约束值，经过限幅环节约束住i*d的增大，然后约束住id的添加。若检测到电压没有下跌，则i*d持续取自电压外环核算出的成果。
新的并网要求还规则，在电网毛病期间，光伏电站不只需求坚持并网状况，并且最好能够动态宣布无功功率以支撑电网电压，并赶快康复电气有功出力。
正常状况时逆变器运转在单位功率因数，id=i=1(pu)，逆变器输出电流i在电网电压下跌时不能超越额定电流的1.1倍，id以1pu作为约束，则最大无功电流给定有：
即最大的无功电流给定不能超越额定电流的46%，不然会形成沟通侧输出电流过流。假如要进一步增大无功电流给定，则就有必要减小有功电流给定值i*d，例如选用上面的办法一。
3仿真验证
本文选用PSCAD/EMTDC渠道对所提光伏电站低电压穿越战略的可行性与正确性进行验证。算例如图5所示。1MW光伏电站中单台逆变器容量为500kW，光伏逆变器出口为400V母线，经过升压变压器升高到35kV，经过专线与大电网相连。下面剖析光伏电站在电网侧产生三相接地短路毛病和单相短路毛病时的低电压穿越特性。假定毛病前光伏电站以单位功率因数满功率运转，即id=1pu。
3.1三相接地短路毛病
假定算例中35kV母线在0.5s时产生三相接地短路毛病，短路阻抗为0.025Ω。毛病于0.8s时铲除。光伏电站中逆变器输出电流、沟通侧电压、逆变器直流侧电流、电压及输出的有功和无功功率、输出电流的有功和无功重量如图6所示。(为了便于调查，把沟通输出电流和电压错开180°，毛病前输出电流和电压同相位)
由图可见，光伏逆变器沟通侧电压在电网毛病时下降到了正常状况时的20%，导致输出的有功功率突然减小;因为选用了低电压穿越操控，光伏电站能够坚持并网运转，其沟通侧输出的电流在毛病期间经过时间短的调理进程康复至额定电流值，毛病进程中电流略有增大，可是能很好的约束在额定电流的1.1倍以内，LVRT操控战略根本约束住了电流的增大，维护了逆变器的电力电子器件。因为功率输出减小，电能累积在逆变器直流侧电容增多，电容的充电效应使直流侧电压有所增大;直流侧电流在毛病期间有所减小。
光伏电站在完成低电压穿越的一起还能够向电网侧发送必定的无功功率(约0.1pu)，经过光伏逆变器有功和无功的解耦，能够使之向电网发送无功，在必定程度上支撑并网点电压的下跌。从图中可见，无功电流在毛病期间增大，而有功电流因为受到了约束，根本坚持不变，无功电流到达了最大值0.46pu，与第2节中的无功功率极限的推导共同，因而电流增大的部分首要是无功电流。
经过核算也可知道，光伏电站宣布的无功电流为0.46pu，网侧电压下跌到0.2pu，则光伏电站向电网发送的无功功率为0.46*0.2≈0.092pu，也与实测的无功功率(约0.1pu)共同。
图7是光伏电站发送无功功率前后并网点电压的比照。由图中可见，光伏电站能经过发送无功功率，把并网点电压从0.2pu提升到约0.35pu。
3.2单相接地短路毛病
假定算例中35kV母线在0.5s时产生单相(a相)接地短路毛病，短路阻抗为0.025Ω。毛病于0.65s时铲除。光伏电站中逆变器输出三相电流、沟通侧三相电压、逆变器直流侧电流、电压及输出有功和无功功率、输出电流的有功和无功重量如图8所示。
电网侧单相电压下跌时完成光伏电站低电压穿越的要害也是约束住逆变器网侧电流的增大。由图可见，在短路毛病产生时，a相的电压下跌到额定值的60%，其他两相电压没有影响;a相电流有所增大，但根本约束在1.1倍以内。因为现已约束住了有功电流，因而增大的部分首要是无功电流。其他两相电流根本没有影响。光伏逆变器直流侧%&&&&&%的充电效应使直流侧电压有所增大，直流侧电流有所减小。因为是单相电压下跌，并网点电压略有削减，输出的有功功率略有下降。
光伏电站宣布的无功电流约为0.46pu，网侧电压下跌到0.88pu(图13)，则光伏电站向电网发送的无功功率为0.46*0.880.4pu，与实测的无功功率共同。在毛病期间光伏电站坚持并网的一起还能够向电网输出必定的无功功率，支撑并网点电压，如图9所示，能将并网点电压从0.88pu提升到约0.93pu。
4定论
经过对光伏电站中中心部件光伏逆变器选用必定的操控战略，能够使其在电网扰动或毛病导致并网点电压下跌时坚持并网运转，完成低电压穿越，还能够向电网发送无功功率以支撑并网点电压。仿真标明，在电网电压下跌到20%时，光伏电站仍能够坚持并网运转，并具有必定的无功电压支撑才能，满意并网规范，在三相电压下跌和单相电压下跌的状况下，均能完成杰出的低电压穿越，本文为大型光伏电站低电压穿越技能的研讨供给了必定的理论依据。下一步将要点展开光伏电站低电压穿越进程中有功、无功功率和谐操控的研讨。
参考文献
[1]Varma.R.K,Salama.M,Seethapathy.RandChampion.C,Large-scalephotovoltaicsolarpowerintegrationintransmissionanddistributionnetworks[C].IEEEPower&EnergySocietyGeneralMeeting2009,July2009,pp1-4.
[2]雷一,赵争鸣.大容量光伏发电要害技能与并网影响总述[J].电力电子,2010,3:16-22.
[3]JohanMorren，SjoerdW.H.deHaan.Ridethroughofwindturbineswithdoubly-fedinductiongeneratorduringavoltagedip[C].IEEETRANSACTIONSONENERGYCONVERSION,VOL.20,NO.2,JUNE2005.
[4]王利平,杨德洲,张军.大型光伏发电体系操控原理与并网特性研讨[J].电力电子技能,2010,44(6):61-63.
[5]周念成,闫立伟,王强钢.光伏发电在微电网中接入及动态特性研讨[J].电力体系维护与制,2010,38(14):119-127.
[6]党锁刚,高富春等.太阳能发电技能特性研讨[J].华电技能,2010,32(6):76-80.
[7]王伟,孙明冬,朱晓东.双馈式风力发电机低电压穿越技能剖析[J].电力体系自动化,2007,31(23):84-89.
[8]姚骏,廖勇,唐建平.电网短路毛病时沟通励磁风力发电机不脱网运转的励磁操控战略[J].我国电机工程学报,2007,27(30):64-71.
[9]DattaR,RanganathanVT.Variable-speedwindpowergenerationusingdoublyfedwoundrotorinductionmachine-acomparisonwithalternativeschemes[J].IEEETransonEnergyConversion,2002，17(3):414-421.
[10]国家电网公司.光伏电站接入电网技能规范(试行),2009.
[11]álvaroRuiz.Systemaspectsoflargescaleimplementationofaphotovoltaicpowerplant.MasterThesis,KTHelectricalengineering,2011.
[12]董密.太阳能光伏并网发电体系的优化规划与操控战略研讨[D].中南大学博士学位论文,2007.5.
[13]张琪祁,徐政.考虑配网电压暂态的大型光伏电站接入选点仿真研讨[J].高压电器,2010,12(46):54-58.
[14]冯海峰,马德林,许良军.单级式光伏并网发电体系的仿真剖析[J].核算机仿真,2008,25(3):245-250.
