光伏并網發電系統低電壓穿越技術的控制策略研究

曹偉 郭步陽

摘要：隨著光伏電站滲透率的提高和光伏發電穿越功率的不斷增加，電網的安全穩定性迎來了新的挑戰。該文改進原有光伏逆變器，增加電網電壓前饋控制環節，得到無功電流參考值，以實現低電壓穿越控制，仿真表明LVRT技術實現了電網故障時光伏并網系統的不脫網運行，支持電網故障恢復直到電壓達到正常水平，并向電網發送無功功率以支撐并網點電壓，對光伏并網發電技術的發展有著重要的意義。

關鍵詞：光伏并網 低電壓穿越 控制策略研究

中圖分類號：TM73文獻標識碼：A??????? 文章編號：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

Research on Control Strategy of Low Voltage Ride Through Technology in Photovoltaic Grid Connected Power Generation System

CAO Wei GUO Buyang

（State Grid Huainan Panji District Power Supply Company， Huainan，Anhui Province， 232082 China）

Abstract： With the improvement of the penetration rate of photovoltaic power station and the continuous increase of photovoltaic power generation through power， the security and stability of power grid has faced new challenges. In this paper， the original photovoltaic inverter is improved， the grid voltage feedforward control link is added， and the reactive current reference value is obtained to realize the low-voltage ride through control. The simulation results show that LVRT technology realizes the non off grid operation of photovoltaic grid connected system during grid failure， supports grid fault recovery until the voltage reaches the normal level， and sends reactive power to the grid to support the grid voltage， which is of great significance to the development of photovoltaic grid connected power generation technology.

Key Words： Photovoltaic grid connection; Low voltage ride through; Control strategy; Research

隨著光伏電站由于多方面原因而引起的滲透率不斷提高，而電網發生故障到重新并網又需要時間，在此期間引起的功率缺額將致使相鄰的光伏電站跳閘，即電壓暫降，從而引起大面積停電，影響電網的安全穩定運行[1-2]。

1低電壓穿越技術的控制策略

光伏并網發電系統LVRT技術的重點是逆變器的技術，通過改變逆變器的控制方法，再結合適當的LVRT技術控制策略就可以實現低電壓穿越能力，而鎖相環技術的展開使整個系統的穩定性、可靠性和安全性得到提高[3]。LVRT控制方法是基于原來的穩態控制策略，再對有功、無功電流的參考值重新分配來完成，它在逆變器原有控制方法上增添了一個電網電壓前饋控制環節，其中無功電流的參考值是經由電網電壓前饋控制環節得到。

當電網電壓正常時，電壓前饋控制環節（無功電流指令）為零輸出，i*d由電壓外環處理取得，逆變器工作在單位功況，只供給P（即有功功率）。當并網點電壓下降時，斷開外環，逆變器工作在電流單閉環模式，前饋控制環節工作。無功電流參考數值大小與壓降的深度成正比，再按照并網標準，合理控制電網壓降和無功電流深度之間的比例，并經由逆變器輸出不故障時的有功電流參考值的直接給定，實現最終要求。除了限制有功電流的增加，在電壓跌落時，光伏電站不僅需要保持并網運行，同時還應該能夠動態地供給無功功率，以支撐電網電壓[4]。

2基于改進型鎖相環的光伏并網低電壓穿越技術

電網電壓正序基波分量的相位信號為電力電子變換裝置的控制策略提供同步信號，當電網發生故障時，鎖相電路都必須快速而準確地鎖定正序基波電壓的相位[5]。

2.1正序基波電壓信號的提取

當系統電壓不正常時，采取對稱分量法處理。在三相系統中，隨意一組不對稱的3個相量，都能夠分解為3組對稱分量（即正序、負序和零序），正序分量為：

（1）

式（1）中： 。

有：

（2）

式（2）中： 表示移相90o。

2.2改進型鎖相環的結構

該系統按照式（2）和EPLL的框圖特征，對鎖相環做了改進，其控制框圖見圖1所示。

EPLL是單相的結構，輸出單相電壓的基波分量和 ;三相電壓經由EPLL和 變換的系統進行濾波。

3系統的仿真分析

為了驗證該設計控制方法的正確性，該文在MATLAB軟件平臺上，搭建了系統的仿真模型，同時得出了相應的仿真波形。

3.1 低電壓穿越技術的建模

光伏逆變器的參數如表1。

3.2光伏并網發電系統低電壓穿越的仿真運行

基于對光伏并網發電系統LVRT模型的建立，做了如下的仿真運行，并得出了以下的結果。

3.2.1故障發生前的仿真

光伏逆變器輸出電壓A相的波形見圖2。

由圖2可知：逆變器的輸出電流與并網點電壓的相位基本上是同向的，即功率因數接近于1。

光伏逆變器接入電網時并網點電流較大，但經過半個周期波后又恢復正常，這是由于仿真模型中光伏電站在啟動時并網而引起的，而在實際的運行中，光伏發電裝置在啟動后先工作穩定，再接入電網，這樣對避免光伏發電裝置引起電網的沖擊有很大的作用[6]。

故障前，逆變器運行于額定功率。由圖3可見：電網在沒有發生故障時，逆變器只向電網供給有功功率。

3.2.2 故障發生后的仿真

故障后，在0.3 s時電網發生三相短路故障，當電網并網點電壓下降至80%時，仿真效果見圖4、圖5。

由仿真圖可知：在低電壓穿越時，逆變器的輸出電流沒有超越最大允許的電流，而且可以向電網供給一定的無功功率，便于電壓的恢復。由此可見，其基本上實現了并網發電系統的LVRT能力，滿足了電網電壓故障期間的并網要求。

4 結語

該文對光伏并網發電系統LVRT技術進行了詳細分析，在此基礎上，采取瞬時對稱分量法，將電流前饋解耦控制獲得的正序、負序參考電壓矢量在兩相靜止坐標下進行疊加，消除注入電網電流中的負序分量，從而針對不對稱故障下的光伏并網發電系統進行仿真分析。由仿真結果可見，該系統有效地實現了不對稱故障下的低電壓穿越，滿足了需要符合的標準，并可以向系統提供一定的無功功率。此方法在逆變器和LVRT的控制策略上進行設計和研究，不增加硬件設備保證了光伏電站原有的可靠性和經濟性。

參考文獻

[1]? 李亞州.基于線性自抗擾的光伏并網逆變器低電壓穿越研究[D].南昌：南昌大學，2020.

[2]? 孫偉.光伏并網逆變器低電壓穿越控制方法研究[D].青島：山東科技大學，2019.

[3]? 黃迅.光伏并網發電系統低電壓穿越控制策略研究[D].北京：華北電力大學（北京），2019.

[4]? 樊志浩.光伏并網發電系統低電壓穿越控制策略研究[D].天津：天津理工大學，2019.

[5] ????? MUSENGIMAN A，LI H Y，ZHENG X M，et al.Small-Signal Model and Stability Control for Grid-Connected PV Inverter to a Weak Grid[J]. Energies，2021，14（13）： 3907.

[6]? 谷昕鵬.光伏并網逆變器集群諧振有源阻尼抑制方法研究[D].株洲：湖南工業大學，2021.