光伏逆變器低電壓穿越控制策略

摘要：研究了光伏逆變器低電壓穿越(LVRT)特性，針對光伏電站在并網點電壓突然跌落時對電網安全穩定運行帶來的不利影響，提出一種單級式光伏逆變器LVRT控制策略。該策略通過對無功、有功電流的協調控制，實現了LVRT，同時保持了較高的并網電流質量。仿真和實驗結果驗證了該控制策略的可行性。
關鍵詞：逆變器；低電壓穿越；光伏

1 引言
近年來，隨著光伏電站數量和容量的不斷增加，對電網系統安全穩定運行產生的威脅逐漸增大。當電網發生電壓跌落時，光伏電站的突然脫網會進一步惡化電網運行狀態，在此期間引起的功率缺額可能導致相鄰的電站跳閘，從而引起更大面積的停電，LVRT能力也被認為是光伏并網設備設計制造控制技術上的最大挑戰之一，直接關系到光伏發電的大規模應用。因此，對保障光伏電站接入后電網的安全穩定運行而言，研究LVRT技術十分必要。
《光伏電站接入電網技術規定》指出大中型光伏電站應具備一定的LVRT能力，說明現階段中國對光伏電站的LVRT能力的重視，但并未對
LVRT期間光伏逆變器的運行方式進行詳細說明。這里參考了德國并網標準中對LVRT期間無功電流的要求，通過改進光伏逆變器控制策略，使光伏逆變器在LVRT期間，可按照電壓跌落幅度提供相應的無功功率以支撐電網運行，該方法無需增加新的硬件設備，便于實現。

2 光伏電站低電壓穿越要求
圖1示出德國并網標準中無功電流與電壓跌落之間的關系。

可見，在電壓跌落期間，光伏電站必須提高其無功電流以支撐電網電壓，當電壓跌落幅度超過10％時，每1％的電壓跌落，光伏電站至少需提供2％的無功電流，其響應速度應在20 ms之內，必要時可提供100％的無功電流。

3 光伏逆變器LVRT控制策略
風電場在電網電壓跌落時，定子磁鏈不能跟隨定子端電壓突變，而轉子繼續旋轉會產生較大滑差，使轉子繞組產生過電流和過電壓，從而直接影響設備的安全運行。但光伏電站電壓達到開路電壓后，逆變器的輸出電流基本為零，直流側電壓不會繼續增加。故制約光伏電站LV RT能力的主要因素是光伏逆變器輸出的交流電流，既要保持逆變器不脫網，又不能因過電流導致逆變器損壞或跳開。

圖2示出單級式光伏三相并網逆變器的拓撲結構，在三相靜止a，b，c坐標系下，根據基爾霍夫定律，三相并網逆變器模型可描述為：