光伏逆变器低电压穿越技术原理
MW级光伏并网逆变器低电压穿越控制策略
2131 引言为了应对气候的变化，化石能源的逐渐枯涸，光伏发电等可再生能源原在世界各国能源系统中占比越来越大。
随着风力发电、光伏发电等这种间歇式能源在电网中占比越来越大，它们的波动会严重影响着电网的波动, 有可能会引起光伏电站的大面积停止发电，导致局域电网的瘫痪，给整个电网及用电大户造成巨大损失。
因此为了电网系统的高效稳定的运行，要求光伏电站具有一定的低电压穿越能力。
低电压穿越（LVRT ）能力也被认为是光伏并网设备设计制造控制技术上的最大挑战之一，直接关系到光伏发电的大规模应用[1-2]。
因此，为了电网系统更加稳定，光伏电站十分有必要具有低电压或零电压穿越功能。
目前国内外对单机MW 级两级拓扑光伏并网逆变器低电压穿越研究比较少。
本文提出了MW 级光伏并网逆变器两级系统拓扑，在低电压穿越过程中为解决电压跌落过程逆变母线电压过高而导致系统保护无法穿越问题引入了逆变母线过压保护控制环，该控制环有效解决了电压跌落造成的两级系统逆变母线过压问题。
2 MW级光伏并网逆变器两级控制策略目前常规MW 级光伏并网逆变器一般采用两台单级系统逆变器并联的方式实现，一方面由于在常规并网电压270V/315V 并网条件下，输出MW 级功率电流达2千多安培，常规的IGBT 模块很难达到要求，受功率器件的限制很难实现单机MW 级逆变器；另一方面提高并网电压，使并网输出电流大大减小，此时由于并网电压高，则要求输入侧的直流电压高才能满足并网条件，而逆变器为了最大限度的发电，需在较低电压时亦能并网发电。
基于上述两个方面，本文采取了两级系统逆变方案。
MW 级光伏并网逆变器低电压穿越控制策略徐裕勇（京琅智能装备(中山)有限公司 广东省中山市 528437）如图1所示，光伏阵列的电能分两路交错进入前级系统，先经过前级Boost 升压电路，使较低的直流电压升压至960V ，通过后级逆变系统使母线电压持续稳定在960V ，再通过后级三相全桥逆变电路，经LC 滤波后以620V 交流电压并网。
光伏并网逆变器零电压穿越技术研究
光伏并网逆变器零电压穿越技术研究媒体：《控制与传动》发布时间：2014-1-21 13:40:271引言随着传统能源资源的不断枯竭，新能源技术的不断发展，光伏发电系统已成为电力能源中的重要组成部分。
随着光伏发电穿透功率的增加，将对电网的安稳性带来新的挑战。
当电网发生瞬时故障时，如果大容量的光伏发电单元不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性造成很大的影响。
具有波动性特点电站大规模并网发电时，如果其不具备低电压穿越能力(LowVoltageRide-Through，LVRT)，将会对电网的安全稳定运行带来极大的隐患，故LVRT能力显得尤为重要。
低电压穿越（LVRT），是指当电力系统事故或扰动引起电网电压跌落时，光伏发电系统保证不脱网连续运行，支持电网故障恢复直到电压达到正常水平，从而穿越低电压这个区域。
在国内外风电系统中，已经相应制定了新的电网运行准则，规定了风电系统并网运行条件中必须具有低电压穿越能力。
国内光伏发电系统中，已经制定了相关准则对低电压穿越能力提出要求。
国网电力科学研究院率先展开了低电压穿越和相关检测装置的研究和标准制定工作。
并在低电压穿越基础上根据电网实际要求提出了零电压穿越能力光伏逆变器入网要求。
本文在介绍低电压穿越控制基础上分析零电压穿越相关要求的基础上，展开了零电压穿越试验的控制研究工作，给出了相关实验结果波形。
2技术要求根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T19964-2012标准要求，当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围内和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。
图1为光伏发电站应满足的低电压穿越要求（1）光伏发电站并网点电压跌至0时，光伏发电站应能不脱网连续运行0.15s；（2）光伏发电站并网点电压跌至曲线1以下时，光伏发电话可以从电网切出。
图1光伏发电站的零电压穿越能力要求3动态无功支撑能力电力系统发生不同类型故障时，若光伏发电站并网点考核电压全部在图1中电压轮廓线及以上的区域内光伏发电站应保证不脱网连续运行；否则，允许光伏发电站切出。
采用双环控制的光伏并网逆变器低电压穿越_张雅静
Main circuit of LVRT simulation device
3
光伏并网系统低电压穿越控制策略
由于光伏并网发电系统在很大程度类似于永磁
直驱风力发电系统，因此基于永磁直驱风力发电系 统的很多低电压穿越方案均可在光伏并网发电系统
图1 Fig.1 大中型光伏电站的低电压耐受能力要求 Requirements for large plant under low voltage
2
2.1
光伏 LVRT 测试要求及其模拟装置
光伏逆变器 LVRT 测试要求 各国制定的光伏并网标准都规定了在电网电压
波动超出一定范围内时，逆变器应该在规定时间内脱 网，如 IEEE1547[1]、DIN/VDE0126-1-1[2]、UL1741[3] 和 G83/1[4] 等。 根据我国 2011 年出版的国网公司企业标准 《光 伏电站接入电网技术规定》 [5] ，文中对电网故障或 异常时光伏系统的响应做了明确规定如图 1 所示。
According to the grid integration Technical regulation of PV power station published
by electric power research institute of China, this paper proposes feedback control low voltage ride-through(LVRT) strategy of photovoltaic grid-connected inverter. Feed-forward control strategy adds variation of grid voltage and load current to current loop. It can accelerate current loop’s response to interference, and avoid the affection of grid voltage. The subject of the study is photovoltaic grid-connected inverter. The results of simulation and experiment are given. The experimental results show that the proposed scheme has very good dynamic and static properties, and can inhibit the inverter over current under the grid voltage dip ． Keywords： Photovoltaic grid-connected, voltage dip, feedforward control, current restrains 保证不脱网连续运行，直至支持电网故障恢复电网 电压达到正常水平的能力。常规控制方案下光伏并 网逆变器在电网电压跌落时不能穿越这个故障。随 着跌落深度和时长增加会导致直流电压突然升高， 交流电流急剧增大，逆变器并网失败甚至烧毁逆变 器的情况发生。因此电网电压跌落故障下，光伏并 网逆变器的低电压穿越能力就成为光伏系统的一项 非常重要的指标。 本文在介绍低电压穿越分析低电压穿越测试要 求的基础上，展开了提高光伏逆变器低电压穿越过
探究光伏发电的低电压穿越技术
探究光伏发电的低电压穿越技术摘要：光伏并网容量比重的持续增加，给电力系统的安全性和稳定性产生了一定影响,特别是在电网电压跌落时，光伏电站低电压穿越能力也有所降低。
对此，需要将低电压穿越技术在光伏发电当中进行有效应用，从而有效维持光伏发电系统的安全稳定运行。
本文针对光伏发电的低电压穿越技术进行分析，探讨了光伏系统及低电压穿越要求，并提出具体的光伏系统低电压穿越方案，希望能够为相关工作人员提供一些参考和借鉴。
关键词：光伏发电；低电压穿越技术；无功补偿；应用方案太阳能作为一种重要的清洁可再生资源，受到了各个国家的高度重视。
我国光伏发电行业的发展时间相对较短，但随着相关法律法规和政策的不断出台，光伏发电产业的整体发展水平也得到了显著提升。
当新能源并网容量扩大后，对电力系统的安全运行也产生了一定影响。
当电网电压发生跌落时，光伏系统将会发生脱网现象，进而导致电网运行风险有所增大，严重情况下甚至会造成电网崩溃。
因此，为了使新能源在电网当中接入的可靠性得到提升，需要对低电压穿越技术进行合理应用。
一、光伏系统及低电压穿越要求（一）光伏系统理论分析太阳能光伏发电主要利用光生伏特效应，可以通过太阳能电池板对太阳光子进行吸收，并将其转换为电能。
对于太阳能光伏阵列所输出的直流电，在经过逆变器的转换后，可以形成符合规定的交流电，通过变压器或直接接入到电网当中。
光伏系统具体包括DC/AC系统、光伏电池系统、连接装置、储能系统等组成部分。
具体来说，光伏电池系统可以通过光伏电池对光能进行吸收，使其转化成相应的直流电。
而DC/AC系统可以通过逆变器将电能转化成交流电，控制系统可以为系统提供具体的控制信号，连接装置则可以使光伏电站并网问题得到解决。
储能系统可以有效存储太阳电池组件产生的电能，从而在负载需求增大时有效提供电能[1]。
（二）光伏电站并网低电压穿越要求光伏电站并网的低电压穿越技术主要是指在光伏并网电压出现跌落时，光伏电站仍能持续并网，而且还可以通过向电网提供无功功率，从而使电压得到恢复，最终促进电网的恢复，对低电压时间区域进行“穿越”。
光伏低电压穿越
什么是低电压穿越什么是低电压穿越（LVRT）？LVRT：Low Voltage Ride Through当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。
《国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订版）》中对风电场低电压穿越的要求如下：a) 风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保持并网运行625ms 的低电压穿越能力；b) 风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场内的风电机组保持并网运行。
低电压穿越能力2009-09-26 16:28低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。
风电机组应该具有低电压穿越能力：a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力；b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。
低电压穿越能力是什么？学术前沿 2009-08-26 17:12 阅读155 评论0字号：大中小低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low Voltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。
风电机组应该具有低电压穿越能力：a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力；b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。
光伏并网逆变器低电压穿越仿真研究 中期报告
逆变器的主电路结构按照输出的绝缘形式分为：工频变压器绝缘方式、高频变压器绝缘方式、无变压器方式3种。逆变器无变压器无绝缘方式主电路比工频变压器绝缘方式复杂一些，比高频变压器绝缘方式简单，效率高。此外这种方式没有变压器，体积小、重量轻、成本较低，是到目前为止比较好的一种主电路方式。并且光伏电池阵列的输出电压比较低，适合采用无变压器方式。
北方工业大学
本科毕业设计（论文）中期报告书
题目：光伏并网逆变器的低电压穿越技术仿真研究
指导教师：
专业班级：
学号：
姓 名：
日期：2013年04月19日
一、本题的基本内容
1.本课题所研究的光伏并网系统
本课题所研究的光伏并网系统简化图如图1所示, 它依次由光伏阵列、逆变器、电网和控制部分组成。
图1光伏并网系统原理图
二、完成工作
1确定本课题所研究的并网逆变器控制方式
光伏并网逆变器按控制方式分类，可分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制四种方式。以电流源为输入的逆变器，直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此大电感往往会导致系统动态响应差，因此当前并网逆变器普遍采用以电压源输入为主的方式。按照输入直流电源的性质，可以将逆变器分为电流型逆变器和电压型逆变器。如图3所示。
（a）电流型逆变器
.
（b）电压型逆变器
图3并网逆变器结构图
本文设计的光伏并网逆变器采用电压源输入、电流源输出的控制方式，即电压型逆变器。如图3（b）所示.。采用电压型逆变主电路，可以同时实现有源滤波和无功补偿的控制，在实际中已经得到了广泛的研究和应用，可以有效的进行光伏发电、提高供电质量和减少功率损耗，而且可以节省相应设备的投资。
光伏低电压穿越 逆变器 -回复
光伏低电压穿越逆变器-回复光伏低电压穿越逆变器是光伏发电系统中一个关键的技术环节。
在一些特定的情况下，光伏电池板所产生的电压可能会低于逆变器的额定输入电压，这就需要通过一些方法来解决光伏低电压穿越问题。
本文将在1500-2000字内详细介绍光伏低电压穿越逆变器的原理、方法以及优缺点。
首先，我们需要了解光伏低电压穿越逆变器的原理。
光伏发电系统在正常运行过程中，太阳能电池板所产生的电压会随着光照条件的变化而波动。
光伏逆变器的作用是将直流电转换为交流电，以供电网使用。
然而，当光照弱时，光伏电池板所产生的电压可能会低于逆变器的额定输入电压，这就导致逆变器无法正常工作。
为了解决这一问题，我们需要一种能够使逆变器在光照较弱时仍然正常工作的方法。
现代光伏逆变器通常有两种解决光伏低电压穿越问题的方法：一种是串联多个光伏电池板以提高电压，另一种是采用高效的MPPT（最大功率点跟踪）技术。
第一种方法是串联多个光伏电池板以提高电压。
光伏电池板之间通过连接器或者电缆串联起来，使得总的输出电压可以增加到逆变器额定输入电压的要求。
这样一来，即使在光照较弱的时候，总的输出电压也能够达到逆变器要求的最低工作电压，从而保证逆变器的正常工作。
然而，这种方法需要增加更多的光伏电池板，增加了系统的成本和复杂性。
第二种方法是采用高效的MPPT技术。
MPPT是一种通过调整光伏电池板的工作点来最大化输出功率的技术。
在光伏电池板的输出电压低于逆变器额定输入电压时，MPPT技术可以动态地调整电池板的工作点，使得输出电压接近逆变器的要求。
这样一来，逆变器就可以正常工作。
MPPT技术的优点是可以在不增加光伏电池板数量的情况下，提高系统的运行效率和发电量。
然而，MPPT技术的成本较高，需要精确的电压和电流测量，同时也要求较高的控制算法和电子器件。
综上所述，光伏低电压穿越逆变器是光伏发电系统中一个需要解决的关键问题。
通过串联多个光伏电池板或者采用高效的MPPT技术，可以解决光伏低电压穿越逆变器的问题。
太阳能发电低电压穿越技术综述
太阳能发电低电压穿越技术综述作者：杨董来源：《科学与财富》2018年第19期摘要：最近几年，随着光伏设施装机量日益提升，太阳能发电占据供电的比例愈来愈大，在电网出现异常情况或是电压出现突发性陡降时，光伏阵列就有很大几率发生解列现象，导致电网整体出现严重的不稳定问题，还有可能致使电网的完全瘫痪，本文介绍了目前国内外的一些光伏逆变器低电压穿越的处理措施与控制方案，重点阐述了对于操作无功电流达成电压支承的解决措施。
关键词：低电压穿越；电压；光伏；太阳能发电在当今世界能源短缺与生态问题饱受关注的当今，太阳能这种能源，以其天然、清洁、不会消失殆尽的特点迅速占领了发电市场，光伏电站装机量不断增加，特别是在西方发达国家中，太阳能发电占电网供电比重逐年上升。
大容量光伏并网是这一技术发展的未来方向，而随着这一技术的不断投入，人类必须考虑电网出现故障时，光伏电站的每种运行情况对电网稳定所带来的问题，故而很多国家电网公司都按其现实状况对光伏并网做出了严苛的技术规范[1]。
主要有低电压穿越、无功操控、有功功率改变率操控等。
这里的低电压穿越被看做是光伏并网设施在技术上的最严峻的挑战，关乎到光伏发电能否广泛应用。
而低电压穿越，指光伏并网点电压降低时，光伏设备可以维持并网，最好能为电网输出一些无功功率，支承电网恢复运转从而“穿越”整个低电压区域。
电压跌落会为设备造成连锁性的暂态，譬如出现过电压、过电流等问题，破坏光伏设备和其控制体系的稳定工作。
一、大型光伏系统理论分析太阳能光伏发电是建立在光生伏打效应上的。
通过电池板汲取光子出现电动势的现象来维持发电。
光伏阵列所产生的直流电经由电力电子转换设备转变成合乎要求的交流电，然后在籍由变压器通入到电网中。
而对容量较大的MW级电站，一个系统包含多个变换模块，构成一个集群，籍由一些的集群操控策略让逆变器保持并联工作，形成光伏电站的各个子系统间收到其的总控中心协调，并维持通信。
按照运行情况的差异，各个逆变器与变压器可有多样投运策略，从而化解低日照期变换效率的问题，保障系统稳定。
光伏低电压穿越技术的研究综述
光伏低电压穿越技术的研究综述作者：肖远逸王珺翟立唯来源：《电子技术与软件工程》2016年第05期摘要光伏产业的崛起，各个地区的光伏并网都逐渐形成了一定的规模，光伏并网容量急剧上升，给传统电网的供电质量和系统性能都产生较大冲击。
本文将介绍目前国家电网的关于光伏电站的并网标准和逆变器的工作原理，综述国内外关于光伏低电压穿越技术的研究现状，对目前针对光伏低电压穿越所做的研究及成果进行介绍。
此外，笔者依据自身对光伏并网的经验，对光伏并网的相关发展问题进行进一步展望。
【关键词】控制技术逆变器标准1 技术背景1.1 技术含义由于某些原因造成的电网电压跌落的情况下，光伏系统能维持并网状态并正常运行，且支持电网电压恢复至正常值，这种低电压区域的过渡技术即为光伏低电压穿越技术（LVRT）。
1.2 低电压穿越规范电力系统由于各种因素产生电压降低的现象以后，光伏系统的并网点电压若降至曲线下方，如图1所示，则系统将光伏电网隔离开。
在此期间，仍然保留在电网内的逆变器应逐渐恢复至原值，恢复速度为额定功率*0.1每秒。
为保证光伏系统的安全，可将系统设计为逆变器供应动态的无功功率给电网系统。
图1即为光伏低电压穿越具体要求。
由于之前的低电压穿越要求具有一定的局限性，其中增添了零电压穿越这一新技术规范。
规范要求电网电压为零后，光伏系统应能提供150毫秒的并网运行时间，实际工程中则需要结合重合闸动作、保护动作等因素消耗的时间，以及电网管理单位的要求综合设计。
2 光伏低电压穿越原理由于光伏设备将电能收集并转换后，转换的电位为直流电而不是电网的交流电，因此需要用逆变器进行预处理，图2即为逆变器和光伏的电路连接示意图。
为了达到低电压穿越目的，当前主流的控制策略是双闭环控制法，包括电压外环控制以及电流内环控制两个方面，前者主要是针对电压在逆变器处理前后的不稳定现象进行控制，从而降低因电压波动产生的电能损失，将光伏发电的能量利用率尽量提高；后者则针对功率进行控制，并根据并网指令电流对光伏系统的功率、功率因素等方面进行即时调整。
大功率光伏逆变器的低电压穿越控制
· ２１４ ·
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图２低电压穿越时系统的运行状态 二、低电压穿越控制策略 采用传统的双闭环矢量控制策略时， 电网电压降会立即引起并网电流的影响， 可能导致硬件保护跳闸，甚至烧毁功率器 件：特别是在不平衡下降的情况下，会导致 并网电流的高度不平衡。因此。馈入电网 的功率发生振荡，影响光伏逆变器和电网 的安全运行。为了保护光伏电站的安全并 保持电力系统的稳定性，有必要研究光伏 逆变器在低电压穿越时的并网控制策略。
图３单级式光伏并网系统的拓扑结构 在稳态下。逆变器侧电压与电网电压
之间的关系为：
Ｉ蠕一ａ＝站一∞—ｋ，盘一，一∞上。盘
ＩｔＪ２，肼二ｑ＝瞄４－∞厶。，盘，Ｊ＋∞上ｌｌ，ｄ
ｌ‰一ｄ＝鳍４－∞厶。毪Ｌｑ＋∞厶名
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根据本文选取的逆变器主电路参数， 控制系统的开环的稳定控制和无功支撑通 过动态改变ｄｑ轴电流指令值来实现，并选 取适当的控制器参数以保证系统的稳定性。
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图１光伏逆变器的低电压穿越能力 要求
根据要求，在光伏逆变器低压穿越期 间，并网运行需要满足以下条件：当电网 电压瞬间下降时。并网逆变器必须连续接 入电网，以确保光伏逆变器的安全。在低 电压穿越期间。并网逆变器保持稳定运行。 并按照并网规则为电网提供无功支持。在 电网电压恢复后，必须以至少１０％额定功 率／ｓ的变化率将有功功率恢复到故障前的 值。因此，光伏逆变器的运行状态如图２ 所示。在低电压穿越过程中．控制策略需 要保证各状态之间的平稳过渡和稳定运行。
随着大量的新能源接入电力系统，大 功率光伏能源瞬间的切除将造成电网有功 的缺失．这对电力系统的稳定恢复造成不 可忽视的影响。为维持光伏能源装机容量 高速递增下电力系统的安全与稳定运行． 新的并网接入规则要求大中型光伏逆变器 应具备低电压穿越能力。即在电网故障期 间保持光伏逆变器不间断并网运行。
浅谈光伏并网发电系统的低电压穿越
浅谈光伏并网发电系统的低电压穿越摘要：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。
关键词：光伏电站；并网结构；低电压穿越0 前言太阳能最为一种清洁能源，不仅对环境不会产生污染，也是一种可再生资源，因此对其进行开发利用十分重要。
光伏并网发电系统的应用，就是太阳能利用的典型代表。
光伏并网发电系统应用过程中，会涉及到低电压穿越控制问题，该控制能力越强大，光伏并网发电系统作用发挥程度越高。
因此相关学者都对低电压穿越控制策略研究比较重视。
现阶段，我国对低电压穿越控制策略的研究，注重集中在风电领域，光电领域还比较少。
正是因为如此本文以光伏并网发现系统为研究对象，对低电压穿越控制策略进行了探讨分析。
笔者认为可以采取电压定向矢量控制的方法，来提高低电压穿越控制能力，以此达到有功与无功解耦。
本文首先对光伏并网发电系统及其低电压穿越要求进行了分析，其次对光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略进行了探讨，仅供参考借鉴。
1 光伏并网发电系统及其低电压穿越要求光伏发电系统主要应用的物质是光伏电池，该设施最重要的价值就是将太阳能转换成电能，最终完成发电任务。
光伏并网主要是指两大系统连接，分别为光伏系统、电力网系统。
两大系统连接之后，不必再借助蓄电池，初期成本比较低，而且更容易维护，后期检修成本也比较低，可以说是现阶段最为经济实用的发电系统。
光伏并网发电系统形式依据场合差异而不同，现阶段应用最为广泛的应该是逆潮与无逆潮并网系统、地域并网系统等。
早期应用的是光伏发电系统，存在着比较多的缺陷，比如逆充电现象、电网电压波动过于明显等现象，因此在应用的过程中比较麻烦。
正是基于此，光伏并网发电系统优势更加突出。
但是光伏并网发电系统在应用的过程中，则需要满足非常重要的条件，即低电压穿越要得到控制。
大功率光伏逆变器的低电压穿越控制_周京华
Vol. 37 No. 7 Jul. 2013 学科代码：4704054
大功率光伏逆变器的低电压穿越控制
周京华，刘劲东，陈亚爱，李津
（北方工业大学 变频技术北京市工程研究中心，北京市 石景山区 100144）
Low Voltage Ride-Through Control of High Power Inverter for Gird-Connection of Photovoltaic Generation
0 引言
随着大量的新能源接入电力系统，大功率光伏 (photovoltaic，PV)能源瞬间的切除将造成电网有功 的缺失，这对电力系统的稳定恢复造成不可忽视的 为维持光伏能源高渗透下电力系统的安全 影响[1-2]。 与稳定运行，新的并网接入规则要求大中型光伏逆 变器应具备低电压穿越(low voltage ride through， LVRT)能力，即在电网故障期间保持光伏逆变器不 间断并网运行[3]。 采用传统的双闭环矢量控制策略时，电网电压 跌落瞬间会引起并网电流的冲击，可能引起硬件保 护跳闸，甚至烧毁功率器件；尤其是在不平衡跌落 时将导致并网电流的高度不平衡，从而造成馈入电 网的功率发生振荡，影响光伏逆变器和电网的安全 运行。为保护光伏电站的安全，维护电力系统的稳 定，需对低电压穿越期间光伏逆变器的并网控制策 略进行研究[4]。 根据电网电压正常和三相平衡跌落的运行条 件，文献[5-6]采用常规控制与 LVRT 控制相切换的 策略实现低电压穿越，但未对不平衡跌落进行分 析。针对不平衡跌落，经典控制是由对称分量法将 不平衡量进行正、负序分解，并建立正、负序对称 条件下的功率方程，根据选取的控制目标，计算出 所需的电流指令，通过控制器实现对指令电流的无 由于并 静差跟踪， 以实现不平衡条件下的控制[7-8]。 网电抗器上存在功率波动，不可完全忽视，因此文 献 [9] 考虑了电抗器上的功率波动并建立新的电压 方程，同时引入机侧电流前馈实现不平衡条件下的 稳定控制，但实验仅针对轻微的不平衡条件，对于
试论光伏并网逆变器低电压穿越技术
试论光伏并网逆变器低电压穿越技术摘要：随着光伏并网系统容量不断扩大，在电网发生电压跌落故障下，其对电网的影响已不容忽视。
常规电压、电流双环控制下光伏并网逆变器在电网电压跌落时不能穿越这个故障，会随着跌落深度和时长的增加直流电压突然升高，交流电流急剧增大，甚至会发生过流而烧毁逆变器。
因此电网电压跌落故障下，光伏并网逆变器的低电压穿越能力成为光伏系统一项非常重要的指标。
当今，各国都在陆续发布标准，对光伏并网系统在电网电压跌落故障状态下并网逆变器的保护能力提出要求。
因此，低电压穿越控制策略的提出和有效性都将是光伏行业的一个重要课题。
关键词：大功率；光伏并网；逆变器；低电压穿越；前馈控制1低电压穿越技术概述最早，低电压穿越（LVRT）是在风力发电中提出的，在光伏发电中是指电网发生电压暂将时，光伏电站不会立即从电网中解列，并在一定时间内向电网输送无功功率以支撑电网电压直至恢复正常。
由于技术限制，我国对光伏电站LVRT技术的要求还不够严格。
但随着国家对光伏行业的扶持及光伏电站对并网技术的完善，LVRT技术将不再成为难题。
2低电压穿越技术现状随着光伏并网发电系统装机容量的不断扩大，其在电网中的影响也越来越大，各国纷纷制定了光伏并网逆变器及光伏系统并网的标准，其中要求光伏并网逆变器能在电网电压、频率等在一定范围内变化时不脱网，且能根据电网需求提供相应的有功功率和无功支持。
低电压穿越是光伏并网逆变器的一项重要能力，已在越来越多国家的光伏标准中所要求。
低电压穿越（LowVoltageRide—Through，LVRT），指在电网电压跌落持续时问内，光伏并网逆变器能保持并网，直到电网恢复正常。
以德国、丹麦、意大利、日本、爱尔兰等为首的一些国家，对包括光伏并网发电、风力发电等新能源的研究和产业化也较早，在多年研究和应用基础上，都对光伏并网逆变器制定了相应标准，且均对其在电网故障时的运行特性制定了详细的规定。
我国国家电网公司也在推出了光伏电站接入电网技术规定，文中对电网异常时的系统响应做了明确规定：在电网电压发生异常时小型光伏电站应迅速脱网；而大中型光伏电站在规定时间内为保持电网稳定性提供支撑。
光伏电站低电压穿越时的无功控制策略探讨
光伏电站低电压穿越时的无功控制策略探讨我国的经济进入了一个飞速发展的时期，在这个时期，光伏电站也得到了一个快速的发展，与此同时，也给我们的光伏电站低电压穿越时的控制提出更为严格的要求，文章主要研究了光伏电站低电压穿越时的无功控制策略。
标签：光伏电站；低电压穿越；无功控制；策略一、无功控制策略的基本思想本文将光伏电站的无功电压控制模式分为无功功率整定和无功功率分配。
由于单台光伏逆变器的容量相对较小，其无功调节无法对光伏电站和接入点电压带来明显的变化，因此光伏电站的无功调节是多台逆变器的联合调节。
通过无功整定，把光伏电站控制点电压的变化情况转化为整个光伏电站的无功输出参考值，再根据一定的原则把总的无功输出参考值分配到电站内各台逆变器中，作为每台逆变器的无功输出参考信号，从而使光伏电站输出一定的无功功率以支撑控点电压。
二、光伏电站低电压穿越时的无功控制策略（一）搭建一个平台控制措施光伏逆变器在无功控制过程中起着至关重要的影响作用，在此基础上，当前国家电网公司在对电网运行环境进行操控过程中应着重提高对此问题的重视程度，并注重在无功控制措施实施过程中搭建三相六桥并网拓扑结构，从而由此实现光伏直流电向三相交流电的转变。
同时，由于在光伏电站运行过程中逆变器输出关系着低电压穿越效果，因而在平台搭建控制措施实施过程中应注重强调对内环有功电流进行控制，且实时控制有功电流给定值，规避输出电流不标准现象的凸显影响到系统整体运行状态。
（二）无功控制措施在光伏电站低电压穿越时强调无功控制措施的实施也是至关重要的，为此，应注重从以下几个层面入手：第一，国家电网公司在对光伏电站低电压穿越环境进行操控过程中应注重将“满足功率因素要求”设定为控制目标，同时注重强调对35kV变压器功率因素的控制，且确保变压器始终处在滞后0.95s的运行状态，由此规避电网损耗现象的凸显，达到最佳的电网运行状态。
第二，在无功控制措施实施过程中注重强调对输电损耗的计算也是至關重要的，为此，国家电网公司相关工作人员在对电网运行环境进行操控过程中应注重严格遵从计算公式：△P=R·P2U2+Q2U2，同时结合线路压降计算公式：△U=（P·R+Q·X）U，且R、X、U分别表示线路电阻、线路电抗、母线电压，由此在计算过程中获取到输电损耗信息，继而以“无功切除”或“无功投入”两种形式对区域无功现象进行控制，达到最佳的控制状态。
基于无功电流注入的光伏逆变器低电压穿越策略
L
iL
iO
UL
Uin
S
C
RO
UO
图 2 Boost 升压电路 Fig.2 Boost converter
图中：Uin 为直流输入电压；U0 为电阻 RO 两端 电压，即输出电压。 当开关管 S 导通时，电感两端
电压 为 输 入 电 压 Uin，当 开 关 管 S 关 断 时 ，电 感 两 端电压为 Uin-U0。
南 方 电 网 科 学 研 究 院 科 技 项 目 （SEPRI-K143003 ）。 作者简介： 许志荣（1989-），男，博士研究生，研究方向为新能源发电及并网控制技术。 E-mail：407849739@
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可再生能源
2015，33（9）
整 个 系 统 由 光 伏 板 、Boost 升 压 电 路 、DC/AC 逆变电路、滤波器和电网组成。 Boost 电路用于匹 配光伏输出电压与逆变器直流电压及实现 MPPT 功能，逆变器用于将直流电能转换为交流电能，将 光伏发出功率输送到电网， 滤波器用于滤除系统 谐波。 在光伏并网控制系统中，采用 MPPT 算法对 Boost 电路开关管占空比进行寻优，实现光伏电池 的最大功率点跟踪；逆变器采用双闭环控制，外环 为直流电压控制，内环为 dq 电流控制；为了简化 设计，采用电感作为滤波器。 1.1 Boost 电路模型及其控制
方面,即当电网发生故障时,保持光伏电站继续并 制切换为电流控制的单环控制。通过 PSCAD 建立
网运行一段时间，当电网故障短时无法恢复时，才 允许脱网[3]。 低电压穿越能力直接关系到光伏发 电的大规模应用[1]。
三相光伏系统模型进行仿真， 仿真结果显示交流 电流在电网跌落期间基本保持稳定， 实现了光伏 系统的低电压穿越功能，具有实用价值。
光伏并网逆变器及其低电压穿越技术_王京保
根据光伏电 池 板 最 大 功 率 点， 设 定直 流 侧 电 压 578． 4 V， 由 太 阳 能 光伏 阵列 串联 得 到。 光伏 并网逆变器的主电路如图 2 所示。
[x ]
xd
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cosθ cos( θ － 2 π) 3 2 = 3 －sin － sin( － 2 ) θ θ π 3 — 27 —
Abstract: Starting from the topological structure and working principle of the gridconnected photovoltaic inverter，its mathematical model was established． This paper analyzed the double closedloop controlling strategy based on grid voltage oriented vector control in twophase synchronous rotating coordinates for the gridconnected photovoltaic inverter，and the double closedloop includes the outside loop of voltage and the current inner loop． This paper also elaborated the principle of low voltage ridethrough ( LVRT) and the corresponding control strategy of gridconnected PV systems，constructing simulink module of gridconnected PV systems by Matlab / Simulink and giving the simulation waveforms． The simulation results show that the method can ensure that the output current of gridconnected PV inverter does not exceed the current value of protection when voltage sags happen． And according to the depth of grid voltage drop，the inverter provides a certain amount of reactive current to support the network voltage，making inverter keep gridconnected state and improving the low voltage ridethrough capability． It provides reliable theory basis for the application of gridconnected photovoltaic inverter in photovoltaic power station． Key words: gridconnected photovoltaic inverter; control strategy; low voltage ridethrough( LVRT) ; Matlab simulation
光伏低电压穿越
光伏电站低电压穿越测试大纲：什么是光伏电站低电压穿越技术光伏并网低电压穿越的要求及原理光伏电站低电压穿越测试相关标准低电压穿越能力测试方法步骤1什么是光伏电站低电压穿越技术光伏电站低电压穿越技术（Low Voltage Ride Through，LVRT）是指当电网故障或扰动引起的光伏电站并网点电压波动时，在一定的范围内，光伏电站能够不间断地并网运行。
2光伏并网低电压穿越的要求及原理2011年，国网公司颁布了2条新准则:《光伏电站接入电网技术规定》(以下简称《规定》)和《光伏电站接入电网测试规程》，要求大型光伏电站必须具备一定的LVRT能力。
北京鉴衡认证中心作为一家国内光伏权威认证机构，在其技术规范文件中也指出，用于国内大型光伏电站的并网逆变器必须具备能承受一定异常电压的能力，从而防止在电网电压异常的情况下脱离电网，导致电力系统运行不稳定。
《规定》中的LVRT曲线如图2-4所示，要求若并网点电压(三相、两相跌落故障为线电压，单相跌落故障为相电压)全部在电压轮廓线及以上区域，则光伏电站应保持并网状态;若并网点电压全部在电压轮廓线以下区域，则光伏电站可脱离电网终止向电网送电。
图中，UL0和UL1，分别表示LVRT的电压值上限与下限值，在此范围属于LVRT工作区;时间T1表示电网电压跌落到下限值时要求继续保持并网时刻，时间T2表示电压恢复到上限值时要求继续提供无功支撑并保持并网的时刻。
参数UL0、UL1、T1、T2的设置需要结合光伏电站继电保护设备的保护和重合闸实际动作时间来确定，可根据电站具体情况在现场通过人机界而进行修改。
标准中推荐的UL0取值为额定电压的90%，UL1取值为额定电压的20%，时间T1设置为1s，时间T2设置为3 s.图2-4大中型光伏电站LVRT曲线3光伏电站低电压穿越测试相关标准NB/T 32005-2013 《光伏发电站低电压穿越检测技术规程》Q/GDW 617-2011 《光伏电站接入电网技术规定》Q/GDW 618-2011 《光伏电站接入电网测试规程》4低电压穿越能力测试方法步骤。
光伏电站低电压穿越能力检测
光伏电站低电压穿越能力检测1 试验目的对于光伏电站逆变器，在电网电压跌落的情况下，由于与其配套的电力电子变流设备属于DC/AC型，容易在其交流输出侧产生峰值涌流，损坏变流设备，导致光伏电站逆变器与电网解列。
在以前光伏电站容量较小的时候，为了保护变流器装置，就采取与电网解列的方式，目前，光伏电站的容量都很大，与电网解列后会影响整个电网的稳定性，甚至会产生连锁故障。
于是，根据这种情况，就提出了光伏电站低电压穿越的问题。
2 试验标准2.1 GB/T 31365-2015《光伏发电站接入电网检测规程》2.2 GB/T 19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》2.3 GB/T 50866-2013《光伏发电站接入电力系统设计规范》2.4 GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》2.5 GB/T 12326-2008《电能质量电压波动和闪变》2.6 GB/T 14549-1993《电能质量公用电网谐波》2.7 GB/T 15945-2008《电能质量电力系统频率偏差》2.8 GB/T 15543-2008《电能质量三相电压不平衡》2.9 GB/T 31464-2015《电网运行准则》2.10 NB/T 32026-2015《光伏发电站并网性能测试与评价方法》2.11 NB/T 10324-2019《光伏电站高电压穿越检测技术规程》2.12 DL/T 1040-2007《电网运行准则》2.13 Q/CSG 1211002-2014《光伏发电站接入电网技术规范》2.14 Q/CSG 1211006-2016《光伏发电并网技术标准》2.15 《云南电网新能源场站接入系统技术原则》3 试验用主要设备新能源与储能模拟电网测试平台、便携式电量记录分析仪软硬件。
设备核心部分采用四象限交流电网模拟器，该单元由PWM整流+PWM逆变的拓扑结构实现，控制器采用公司成熟的DSP控制策略。
逆变单元采用三个独立的单相H桥电路，实现了三相输出的解耦控制，能够模拟电网的各种正常与非正常情况。
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光伏并网逆变器低电压穿越
低电压穿越：当电网故障或扰动引起逆变器并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，光伏发电机组能够不间断并网运行。
对专门适用于大型光伏电站的中高压型逆变器应具备一定的耐受异常电压的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的不稳定。
逆变器交流侧电压跌至20％标称电压时，逆变器能够保证不间断并网运行1s；逆变器交流侧电压在发生跌落后3s内能够恢复到标称电压的90％时，逆变器能够保证不间断并网运行。
对电力系统故障期间没有切出的逆变器，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少10％额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。
低电压穿越过程中逆变器宜提供动态无功支撑。
并网点电压在图1中电压轮廓线及以上的区域内时，该类逆变器必须保证不间断并网运行；并网点电压在图1中电压轮廓线以下时，允许停止向电网线路送电。
菊水皇家电网模拟器能协助逆变器厂家研发生产PVS7000电网模拟器
产品特点
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■三相电压独立可调，相位角独立可调；
■LIST,STEP两大模式，可执行30组不同电压、频率、时间的设定，并可连续作循环测试。
运行时间最短可以设定10ms，可用于模拟电网测试，实现电压、频率渐变，步阶功能，轻易完成低电压穿越试验；■具有主动式PFC，可做低电压穿越实验，
■具有同步触发功能，可方便精准的进行低电压穿越试验，波形如下图：
■可做过/欠压，过/欠频实验；
■可配合做防孤岛实验；
■具有直流和交流输出两部分，其中直流电压不可调,为固定的300V（单相输入）和500V（三相输入）两种。
■可用于生产光伏并网逆变器的测试(工作示意图如下)；
■采用先进的直接数字频率合成器（DDS）波形产生技术，频率稳定度高，连续性好；
■测量精度高，适用电流正弦半波及其类似的带直流分量的各种波形的测试；
■提供嵌入式智能化PC机监控系统；
■输出频率44.99-99.99Hz，步距0.01 Hz，可轻易做过欠频实验，防孤岛实验；
■输出电流，电压限定功能；
■具有9组记忆，可以将常用的参数(电压V、频率F)存储，以便使用时轻松调用；
■具有RS232C、RS485、GPIB可供选择的通讯接口；
■保护模式：过压，过流，过载，短路，限流、限压等；
■提供均方根电压，均方根电流，有功功率，频率，功率因素，峰值电流等读值；
■对100%除载加载，反应时间在2mS以内，超载能力强，瞬间电流能承受额定电流的3倍；
■电压、频率、时间数字式按键输入，精确度高，240×128的LCD显示。
上位机操作界面
■普通程序测试界面
■低电压穿越测试界面
■可编程自动程序测试界面
■根据画面自动程序测试界面
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产品应用
产品规格
◆规格如有变更恕不另行通知。
◆型号后面加“s”代表输出为三相，如PVS7030为输出单相，PVS7030S为输出三相。
◆其它输入输出规格，可按要求订做。