并网光伏电站低电压穿越能力检测技术

三相光伏并网逆变系统低电压穿越技术的研究中期
报告
本文旨在介绍三相光伏并网逆变系统低电压穿越技术的研究中期报告。

三相光伏并网逆变系统的核心是电容器和开关器件，因此在低电压穿越过程中，可能会出现电容器过压或开关器件损坏的情况。

本文研究了如何有效避免这些问题的发生。

首先，通过对三相光伏并网逆变系统的分析，我们发现在低电压穿越过程中，主要的问题是电容器过压。

因此，我们针对这一问题进行了深入研究和探讨。

我们设计了一种可以在低电压穿越过程中安全还原的新型电容器，该电容器可以保证在电网电压恢复到正常水平之前，不会发生过压。

其次，我们还研究了如何避免开关器件的损坏。

我们发现，在低电压穿越过程中，开关器件可能会因为过载而损坏。

因此，我们提出了一种动态电流分配策略，该策略可以充分利用并网逆变器系统内部的多个开关器件，最大限度地避免单个开关器件的过载，从而避免开关器件的损坏。

最后，我们进行了大量的仿真研究和实验验证，并得出了令人满意的结果。

通过这些实验，我们证明了我们设计的电容器和动态电流分配策略是可行的，并且可以有效保护并网逆变器系统在低电压穿越过程中的稳定性和可靠性。

综上所述，我们的研究为三相光伏并网逆变系统低电压穿越技术的研究提供了重要的参考和指导，也为未来的研究提供了宝贵的经验和思路。

低电压穿越试验检测装置用户使用手册目录第一章概述 (2)第二章技术条件 (3)2.1 环境条件 (3)2.2 执行现行国家标准 (4)第三章装置技术说明 (4)3.1 功能特点 (4)3.2 技术参数 (5)第四章装置使用说明 (6)第一章概述2011年4月，随着国家发改委出台了关于完善太阳能光伏发电上网电价政策的通知，2011年中国光伏市场前景大好，中国光伏装机容量增长依旧强劲，2011全年的安装量达到2GW，2012年装机超过4GW。

到2015年底和2020年底，分别达到20GW和50GW。

由此可见未来几年的光伏市场潜力和产能需求非常大。

随着光伏在电力能源中所占比例越来越大，光伏发电系统对电网的影响已不容忽视。

尤其是我国光电大规模集中式开发，当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦光伏逆变器自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行。

因此，大功率光伏并网逆变器必须具有低电压穿越能力(Low V oltage Ride Through，LVRT)。

其并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许光伏逆变器脱网，当电压在凹陷部分时，逆变器应提供无功功率。

目前，丹麦、德国等欧洲国家制定了新的电网运行准则；在国内，国家电网公司也已发布了《光伏电站接入电网技术规定》、《光伏电站接入电网测试规程》。

然而，目前国内试验和测试手段匮乏，尚不能研制与技术标准相配套的低电压穿越测试装置（电压跌落发生装置），低电压穿越等测试试验无法在现场进行，难以为光伏电站并网验收试验提供有效的技术支撑，也严重制约我国光伏发电的应用和发展。

为了提高我国光伏逆变器并网运行检测能力，推动光伏发电配套设备的自主创新，解决我国光伏发电并网运行的瓶颈，中国电科院中电普瑞科技有限公司在成功研制张北国家风光储实验基地风电检测中心35kV/6MV A电压跌落发生装置的基础上，通过自主创新进一步研制出国内首创的光伏逆变器低电压穿越测试装置。

电网电压不平衡时光伏并网逆变器低电压穿越技术王京保;李辉;张娟【摘要】To improve the stability of power grid withphotovoltaic(PV)inverter,the operational characteristics of PV in⁃verter and how to improve the ability of low-voltage ride-through(LVRT)under unbalanced grid voltage conditions are studied. This paper adopts two vector-oriented control strategies,which respectively orientate positive-sequence and negative-sequence voltages under positive-sequence and negative-sequence synchronous coordinate transforms. Consid⁃ering that the instantaneous power of the filter inductor is not zero,the calculation of instantaneous power in the bridge arm side is adopted to eliminate the fluctuating component in the active power transmission,thus the DC bus voltage can be stabilized. Considering the inverter current safety limit,the LVRT control scheme under unbalanced grid voltage conditions is given when the inverter is operating in rated power. A simulation model of grid-connected PV systems is built in Matlab/Simulink,and the simulation results show that hardware protection apparatus is not necessary and the proposed LVRT operation can be realized under unbalanced grid voltage conditions.%为提高光伏逆变器所并电网的运行稳定性，研究了电网电压不平衡时光伏逆变器的运行特性以及提高其低电压穿越运行能力，采用了在正、负序同步坐标变换下，电网正、负序电压分别定向的矢量控制策略。

光伏并网发电系统的低电压穿越技术陈亚爱;刘劲东;周京华;张新强【摘要】为了稳定高渗透率下光伏电站的电网,国家制定了严格的光伏电站并网规定以确保电力系统的安全.在分析并网规则中低电压穿越要求的基础上,结合大功率光伏电站的并网结构,讨论了目前基于控制算法和增加硬件等方法的光伏电站低电压穿越技术,为光伏电站低电压穿越技术的研究和工程实施提供参考.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)006【总页数】4页(P1095-1098)【关键词】光伏电站;并网结构;低电压穿越【作者】陈亚爱;刘劲东;周京华;张新强【作者单位】北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;北方工业大学北京市变频技术工程技术研究中心,北京100144;天津瑞能电气有限公司,天津300381【正文语种】中文【中图分类】TM642随着光伏电站装机容量的增加，越来越多的光伏电能将并入电网。

光伏电站大规模集中并网也给电力系统的安全稳定运行带来挑战。

当电网发生故障导致电网电压跌落时，并网电流可能会有瞬时尖峰，这会对变流器件造成冲击。

若仍采取被动保护式的解列措施将导致光伏电站有功输出大量减少，增加整个电力系统的恢复难度，甚至可能加剧故障，引起其他电站解列，导致大规模停电。

因此新的并网接入规则要求光伏电站应具备低电压穿越(low voltage ride through，LVRT)能力，即在电网故障期间保持光伏电站不间断并网运行。

基于保护穿越期间光伏发电系统的安全，需对光伏并网发电系统低电压穿越技术进行研究。

论文将结合光伏并网发电系统的结构论述目前光伏电站的低电压穿越技术。

1 低电压穿越要求当电力系统发生故障，光伏电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏电站可从电网切出。

对故障期间没有切出的逆变器，自故障清除时刻开始，以至少10%额定功率/s的变化率恢复至故障前的值。

500KW逆变器检测负载500KW逆变器检测负载500KW逆变器检测负载以下标准产品满足北京鉴衡CGC/GF001-2009和IEC62116-2008试验检测要求：ACLT-38160M阻性、感性、容性负载功率分别是529K，满足500KW以下并网逆变器的孤岛保护功能检测：阻性负载：0-529.97 KW连续可调，步进幅度0.01KW；三相阻性电流可分别独立显示于控制面板；感性负载：0-529.97KVA连续可调，步进幅度0.01KVA；三相感性电流可分别独立显示于控制面板；容性负载：0-529.97 kvar 连续可调，步进幅度0.01Kvar；三相容性电流可分别独立显示于控制面板。

500KW逆变器检测负载的主要功能：(1)ABC三相感性电流及ABC三相容性电流值直接分别独立显示于控制面板，谐振点症状直接显示于面板上。

(2)内置的阻性负载、感性负载及容性负载最小标准功率为0.01K，步进幅度0.01K，负荷功率连续可调，可精确模拟交流谐振发生及满足逆变器防孤岛保护功能检测需要。

(3)ABC三相感性电流及ABC三相容性电流值的最大分辨率为1mA。

(4)内置电感采用磁路式可控式的负载电抗器，满足220V50Hz工况下0.01KVA功率调节要求，满足长时间加载测试过程电感阻抗功率不会发生变化。

(5)内置电容采用UL认证的标准CBB电容器，满足220V50Hz工况下0.01KVAR功率调节要求，满足长时间加载测试过程电容阻抗功率不会发生变化。

(6)内置电容负载每一支路必须增加有防短路专用保护电路模块，避免电容器元件在测试过程发生短路烧毁主机。

(7)ABC三相阻性负载、感性负载、容性负载的功率，可以分相独立控制及调节，满足三相电压不平衡条件下精确调节交流谐振点。

(8)可根据性能参数检测要求，可以通过操作面板或远程控制台设置相应的功率，任意组合、设定放电功率。

(9)主机采用电子电路控制，具有温度过热自动报警保护功能：由于特殊原因出现过热时，可自动切断负载。

SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯光伏并网发电系统低电压穿越技术的控制策略研究曹伟郭步阳(国网淮南市潘集区供电公司安徽淮南232082)摘要：随着光伏电站渗透率的提高和光伏发电穿越功率的不断增加，电网的安全稳定性迎来了新的挑战。

该文改进原有光伏逆变器，增加电网电压前馈控制环节，得到无功电流参考值，以实现低电压穿越控制，仿真表明LVRT 技术实现了电网故障时光伏并网系统的不脱网运行，支持电网故障恢复直到电压达到正常水平，并向电网发送无功功率以支撑并网点电压，对光伏并网发电技术的发展有着重要的意义。

关键词：光伏并网低电压穿越控制策略研究中图分类号：TM73文献标识码：A文章编号：1672-3791(2022)01(b)-0048-03Research on Control Strategy of Low Voltage Ride ThroughTechnology in Photovoltaic Grid Connected PowerGeneration SystemCAO Wei GUO Buyang(State Grid Huainan Panji District Power Supply Company,Huainan,Anhui Province,232082China)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 re‐sults 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随着光伏电站由于多方面原因而引起的渗透率不断提高，而电网发生故障到重新并网又需要时间，在此期间引起的功率缺额将致使相邻的光伏电站跳闸，即电压暂降，从而引起大面积停电，影响电网的安全稳定运行[1-2]。

光伏低电压穿越的基本要求首先，光伏低电压穿越应满足电力系统的基本规范和标准。

例如，国家电网公司发布的《光伏电站并网接入技术规范》，规定了光伏电站低电压穿越的技术要求和安全要求。

光伏电站应按照国家电力标准进行设计、建设和运行，确保其与电网的配电系统匹配，并满足电压、频率、功率因数等基本参数的要求。

其次，光伏低电压穿越要满足安全可靠的要求。

光伏电站应具备过压、欠压、过频、欠频、短路等电气故障保护功能，能够及时切断与电网的连接以防止故障扩大。

此外，还需要具备防雷、防感应、防触电等安全保护措施，确保人员和设备的安全。

再次，光伏低电压穿越还应满足电能质量的要求。

光伏电站的并网电能应平稳、可靠，不应对电网造成任何负面影响。

光伏电站应具备功率平衡、功率因数控制、谐波控制等措施，确保电网电压和频率的稳定性，并降低谐波和电力波动等影响电能质量的因素。

另外，光伏低电压穿越要满足环境保护的要求。

光伏电站应与电网无害地连接，不对环境造成污染，要求对电网进行监测和跟踪，及时发现并消除可能对环境产生负面影响的因素。

此外，光伏电站的建设和运行还应符合环境保护法律法规，进行环境影响评价，确保环境可持续发展。

最后，光伏低电压穿越还要满足经济效益的要求。

光伏电站的建设和运营应具有良好的经济效益，能够实现投资回报，为社会和企业创造价值。

光伏电站的设计应考虑到电网的接纳能力，充分利用太阳能资源，提高发电效率，降低发电成本，确保项目的经济可行性。

综上所述，光伏低电压穿越的基本要求包括遵守电力系统的规范和标准、确保安全可靠、满足电能质量的要求、符合环境保护要求以及具备经济效益。

只有满足这些基本要求，光伏低电压穿越才能实现安全、稳定、可持续发展。

光伏逆变器低电压穿越标准摘要：1.光伏逆变器概述2.低电压穿越现象及其影响3.光伏逆变器低电压穿越标准的发展4.现行低电压穿越标准的要点5.我国光伏逆变器低电压穿越标准现状及与国际标准的对比6.提高光伏逆变器低电压穿越能力的措施7.结论正文：一、光伏逆变器概述光伏逆变器是光伏发电系统的重要组成部分，其主要功能是将光伏组件产生的直流电转换为交流电，以适应电网电压和频率。

在光伏发电系统中，光伏逆变器直接影响着系统的稳定性和发电效率。

二、低电压穿越现象及其影响低电压穿越（LVRT）是指光伏逆变器在电网电压降低时，能够维持正常运行并输出电能。

然而，当电网电压降低到一定程度，光伏逆变器可能出现输出功率降低、设备损坏，甚至引发事故。

因此，研究光伏逆变器的低电压穿越特性具有重要意义。

三、光伏逆变器低电压穿越标准的发展为保证光伏逆变器在低电压穿越过程中的安全性能，各国纷纷制定了相应的技术标准。

从最早的仅关注设备的电压响应特性，到后来关注设备的电流响应特性，再到现在关注设备的电磁兼容性、动态响应特性等多方面，低电压穿越标准不断完善。

四、现行低电压穿越标准的要点现行低电压穿越标准主要包含以下几个方面：1.低电压穿越能力：要求光伏逆变器在一定程度的电压跌落时，能够维持正常运行。

2.动态响应特性：要求光伏逆变器在电压恢复过程中，能够迅速恢复正常输出功率。

3.电磁兼容性：要求光伏逆变器在低电压穿越过程中，不产生对电网和其他设备有害的电磁干扰。

五、我国光伏逆变器低电压穿越标准现状及与国际标准的对比我国已制定了一系列光伏逆变器低电压穿越标准，如GB/T 19939-2012《光伏发电系统并网技术要求》，但这些标准与国际先进标准相比仍有一定差距。

我国应继续完善低电压穿越标准，提高光伏逆变器的安全性能和技术水平。

六、提高光伏逆变器低电压穿越能力的措施1.优化光伏逆变器的设计，提高设备的电压响应特性和动态响应特性。

2.采用先进的控制策略，提高光伏逆变器在低电压穿越过程中的稳定性。

关于并网逆变器孤岛效应保护和低电压穿越的判断依据及功能介绍阳光电源股份有限公司2011.4一、概述低电压穿越功能是指当电网电压跌落时并网逆变器能够正常并网一段时间，“穿越”这个低电压时间(区域)直到电网恢复正常；孤岛效应保护是指当电网断电时并网逆变器应立即停止并网发电，保护时间不超过0.2秒。

可以看出，孤岛效应保护与低电压穿越是相互矛盾的，两种功能不能同时并存，需要根据电站规模和要求进行选择，一般原则如下：✧对于小型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较小，对电网的影响较小，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，即此时并网逆变器应选择孤岛效应保护功能。

✧对于大中型光伏电站，并网逆变器在电网中所占的容量较大，对电网的影响较大，在电网故障时不会对电网的稳定性产生实质性的影响，所以应具备一定的低电压穿越能力，即此时并网逆变器应选择低电压穿越功能。

我司大功率并网逆变器同时具有孤岛效应保护与低电压穿越功能，在实际应用时可通过触摸屏菜单设置，也可通过RS485通讯方式由上位机进行远程设置。

二、低电压穿越功能介绍如图1所示，当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，并网逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，并网逆变器立即停止向电网线路送电。

其中T1=1秒，T3=3秒，也就是说，并网逆变器必须具有在电网电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行1秒的低电压穿越能力，如电网电压在轮廓线内能够恢复到额定电压的90%时，并网逆变器必须保持并网运行。

图1：大型和中型光伏电站的低电压耐受能力要求为了实现并网逆变器的低电压穿越功能，并网逆变器需要采用新的软件控制算法，软件控制算法需实时监测电网，并判断电网是否发生电压跌落（平衡或者不平衡跌落）。

当CPU发现电网发生电压跌落故障时，立即启动低电压穿越功能，控制输出电流以及输出的功率，当电网电压在图1所示的曲线以内时，逆变器进入低电压穿越阶段；当电网进入电压恢复阶段，此时并网逆变器输出无功功率起到迅速支撑起电网电压的功能。

低电压穿越检测摘要：新能源经过多年的发展，目前各种新能源发电设备已经接入到电网中了，为了规范接入到电网中的发电设备，无论是风力发电设备，还是光伏发电设备，都需要通过低电压穿越检测的测试，低电压穿越检测具体包括哪些内容呢？新能源经过多年的发展，目前各种新能源发电设备已经接入到电网中了，为了规范接入到电网中的发电设备，相应的国家标准也制定出来，如针对风力发电制定的GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，针对光伏发电制定的GB/T 19964—2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》，这两个国标中都要求接入电网的发电站通过低电压穿越检测测试，同时NB/T 32005—2013《光伏发电站低电压穿越检测技术规程》是专门规范低电压穿越检测的标准，低电压穿越测试具体包括哪些内容呢？所谓低电压穿越，是指并入电网的发电站，在电网电压跌落后，在规定的电压跌落的时间内，发电站能不脱网继续运行，同时能够提供无功电流支撑电网。

下面以GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》为例，说明被检测的风力发电站要符合的要求。

（光伏发电站低电压穿越要求的具体值稍微不同，但是检测的内容和重点都是相同的）一、基本要求图1为风电场的低电压穿越要求。

图1 风电场低电压穿越要求根据图1，我们可以看出如下的要求：1.当电压跌落位于图1红线上方区域时，要求风电机组不能脱离电网；2.当电压跌落位于图1红线下方区域时，风电机组可以脱离电网；3.图1横轴为时间，对风电机组不脱网运行的时间做出了要求，如当电压跌至20%标称电压后，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。

检测机构会根据图1，选择多个跌落点，对风电机组进行低电压穿越检测测试。

二、有功恢复要求电压跌落恢复后，风电机组的有功功率应快速恢复，从电压跌落恢复时刻开始，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至电压跌落前的值。

实际低电压穿越检测测试中，厂商提供的风电机组基本都能符合有功恢复的要求，所以这个不是检测机构测试的重点。

并网逆变器低电压穿越能力图文分析(1)低电压穿越能力在电力系统发生的故障中有很多都属于瞬时性，例如：雷击过电压引起的绝缘子表面闪烁；大风时的短时碰线；通过鸟类身体的放电；风筝绳索或树枝落在导线上引起的短路等。

这些故障，当被继电保护迅速切除后，电弧即可熄灭，故障点的绝缘可恢复，故障随即自行消除。

此时若重新使断路器合上，往往能恢复供电，因而可减小用户停电的时间，提高供电可靠性。

为此，在电力系统中，往往采用自动重合闸装置。

自动重合闸在输、配电线路中，尤其在高压输电线路上，大大提高供电可靠性，并已得到极其广泛的应用。

根据运行资料统计，输电线自动重合闸的动作成功率（重合闸成功的次数／总的重合次数）相当高，在60%～90%之间。

因此，大型新能源发电站，包括风力发电站和光伏电站都应具备承受自动重合闸的能力。

然而，风力发电站和光伏发电站所采用的大功率电力电子装置进行并网，与传统的大型交流同步发电机和变压器系统相比，其器件短路和瞬时过电流耐受能力十分腕弱。

早期新能源系统的设计为了保护发电站本身，在遇到接地或者相间短路故障时，继电保护采用的是全部脱网切除的工作模式，这样保护的结果大幅度降低电力系统运行的稳定性，在新能源比重较大的情况下会造成电力系统振荡甚至电网解列的后果。

因此，世界各国在大型新能源发电站的并网技术条件中，都规定低电压穿越的条款。

所谓低电压穿越，就是在瞬时接地短路或者相间短路时，由于短路点与并网点的距离不同，将导致某相的并网点相电压低于某一个阈值（一般等于或低于20%）。

此时，大型风力或者光伏电站不能够解列或者脱网；需要带电给系统提供无功电流；能够自动跟踪电力系统的电压、频率、相位；在自动重合闸时不产生有害的冲击电流。

能够快速并网恢复供电，这就是低电压穿越功能。

(2)光伏电站接入电网技术规定大型和中型光伏电站应具备一定的耐受电压异常的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的损失。

根据国家电网公司《光伏电站接人电网技术规定（试行）》要求，当并网点电压在电压轮廓线及以上的区域内时，光伏电站必须保证不间断并网运行；并网点电压在电压轮廓线以下时，允许光伏电站停止向电网线路送电，如图5-18所示。