基于不同测试环境的光伏并网逆变器低电压穿越能力验证方法

时珊珊, 张双庆, 林小进, 李红涛, 包斯嘉(.国网上海市电力公司电力科学研究院， 上海 00437；.中国电力科学研究院，江苏 南京 0003)

基于不同测试环境的光伏并网逆变器低电压穿越能力验证方法

时珊珊1, 张双庆2, 林小进2, 李红涛2, 包斯嘉2
(1.国网上海市电力公司电力科学研究院， 上海 200437；2.中国电力科学研究院，江苏 南京 210003)

针对光伏发电站可能出现的由于逆变器低电压穿越问题引起的电网事故，在不同的测试环境下，我国针对光伏并网逆变器开展了光伏发电站低电压穿越性能测试，包括实验室型式试验、光伏电站现场试验和人工接地短路试验。研究了以上三种不同测试环境下的试验原理，并对三种模拟短路故障方法进行分析。采用三种试验方法对某型号500 kW光伏并网逆变器进行测试.测试结果表明，三种方法有效地验证了光伏并网逆变器的低电压穿越能力，并起到了较好的互补作用，有力地保障了我国光伏电站实现健康有序的并网。

低电压穿越；型式试验；现场试验；人工短路试验；光伏并网逆变器

0 引 言

为保障电网安全，促进光伏发电站安全并网，国家电网公司标准Q/GDW 617-2011《光伏电站接入电网技术规定》、国家标准GB/T 19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》等光伏并网标准要求[1-2]光伏并网逆变器/光伏发电站必须具备低电压穿越能力。对光伏并网逆变器/光伏发电站低电压穿越能力检测的方法将直接影响光伏并网逆变器/光伏发电站性能的正确评估。

目前，我国对光伏并网逆变器低电压穿越能力测试的方法主要包括：实验室型式试验、光伏电站现场试验和人工接地短路试验。本文针对这三种测试方法，分析其原理和特点，并对同一型号逆变器采用以上三种方法进行测试。测试结果表明，三种方法可以有效地验证光伏并网逆变器低电压穿越能力，并起到了较好的互补效果，有力地保障了我国光伏电站实现健康有序的并网。

1 型式试验

1.1 型式试验原理

低电压穿越能力验证实验室型式试验原理如图1所示。整个检测系统主要包括：可控直流电源、被测光伏逆变器、升压变压器以及低电压穿越检测装置。可控直流电源模拟光伏组件，低电压穿越检测装置模拟不同类型的短路故障。

测试时，将可控直流源为光伏逆变器提供直流，通过调节直流电源实现光伏逆变器在不同功率工况下工作，将低电压穿越发生装置串接在变压器高压侧模拟短路故障，测量点在光伏逆变器交流输出侧。

1.2 型式试验特点

光伏并网逆变器低电压穿越能力实验室型式试验主要有以下特点：

图1 实验室低电压穿越检测接线原理图

(1)型式试验测试环境为室内，不受风、雨、光照等气象条件影响，可以全天候进行测试；

(2)实验室采用直流源来模拟光伏组件对逆变器供电，电源稳定，不受辐照度影响；

(3)光伏逆变器二次控制电源采用稳定的电源，不会发生因为控制电源不稳定而跳机的现象；

(4)实验室低电压穿越试验时，测量点选择在逆变器出口侧，为低压母线。

2 现场试验

2.1 现场试验原理

图2 光伏电站低电压穿越检测接线原理图

光伏发电站低电压穿越能力现场试验原理如图2所示，整个检测系统主要包括：光伏组件、被测光伏逆变器、升压变、低电压穿越检测装置。将低电压穿越检测装置接在升压变高压侧，用来模拟各种短路故障。根据我国电网网架结构特点设计的低电压穿越检测装置可实现在光伏电站10 kV、35 kV电压等级的低电压穿越能力验证测试。图2中测试点1为35 kV电压等级测试，测试点2为10 kV电压等级测试。

2.2 现场试验特点

现场试验测试环境较为复杂，主要特点有以下几方面：

(1)由于逆变器输入端采用的是光伏组件发电，故测试条件受辐照度影响较大；

(2)现场试验检测对象是逆变单元，一般两台或多台逆变器并联设计；

(3)测试结果不仅取决于逆变器本身性能，还受电站其他电力设备影响，如电站无功补偿装置SVC、SVG、线路阻抗等因素，需综合考虑；

(4)逆变器控制电源取电方式不同直接影响测试结果。若采用厂电供电，在测试过程中，由于供电电源不稳定会引起逆变器跳机。

3 人工接地短路试验

3.1 人工接地短路试验原理

图3 人工短路试验原理图

现场人工接地短路试验[3-5]多采用人工遥控发射装置对地瞬时人工接地方式。试验原理图如图3所示。其工作原理是发射台弹出发射弹，将铜线M端弹到金属管上，形成输电线对地短路，此时变电站保护装置启动并迅速跳闸，待弹射弹落地后，设备自动合闸，线路恢复正常。图4为人工短路试验逆变器测试接线图。

图4 人工短路试验逆变器测试原理图

3.2 人工接地短路试验特点

(1)人工接地短路试验更接近实际短路故障，但其涉及线路范围较大，涉及专业人员较多，需要短路试验接线人员、数据测试人员、调度人员等参与，协调工作量大。

(2)人工短路试验不仅能够考察光伏逆变器低电压穿越能力，还可以考察交流线路保护及安全自动装置、断路器重合闸装置功能。

(3)在人工短路试验时，光伏发电站逆变器与短路点的距离以及网架机构不同，会造成的电压跌落深度不同。

4 测试数据对比分析

对某逆变器生产厂家500 kW逆变器分别进行实验室型式试验、现场试验以及人工接地短路试验测试，并对测试数据进行对比分析。

4.1 型式试验数据分析

调节可控直流源使逆变器有功功率达到额定功率的80%以上，设置A相跌落深度为20%U(U为跌落前电压)。测试结果如表1所示，测试波形如图5～图9所示。

表1 型式试验测试结果

图5 故障发生时，相电压瞬时值

图6 故障恢复时，相电压瞬时值

图7 故障发生时，相电流瞬时值

图8 故障恢复时，相电流瞬时值

图9 故障期间，视在功率

4.2 现场试验数据分析

设置A相跌落深度为20%Un(Un为测试点稳定运行电压)，待逆变器运行至有功功率达到其额定功率80%后开始测试。测试结果如表2所示，测试波形如图10～图14所示。

测量参数电压跌落前穿越过程电压恢复后备注交流侧A相电压Ua/V20956462720966/交流侧B相电压Ub/V209582096520954/交流侧C相电压Uc/V210242101421022/交流侧A相电流Ia/A7．247．547．20/交流侧B相电流Ib/A7．237．897．18/交流侧C相电流Ic/A7．237．267．20/交流侧有功功率P/kW452349440/交流侧无功功率Q/kvar551119/故障持续时间T/ms1000．0/功率恢复时间R/s0．6/测试期间波形记录图6

图11 故障恢复时，相电压瞬时值

图12 故障发生时，相电流瞬时值

图13 故障恢复时，相电流瞬时值

图14 故障期间，视在功率

对比测试结果表明，(1)型式试验过程中，电流有效值在跌落过程一般小于跌落前、后值，现场试验过程其值一般大于电压跌落前、后值。造成这种现象的原因主要是电站的无功补偿SVG或SVC在测试过程提供了无功支撑。(2)型式试验测试点为逆变器输出电压，现场试验测试点为逆变器升压变输出电压。

4.3 人工短路试验

在新疆与西北主网联网750 kV第二通道青海境内鱼柴线靠近柴达木变侧进行了人工短路试验，并对某光伏电站上述型号逆变器进行测试。本次试验为A相对地瞬时短路，测试波形如图15、图16所示。

图15 逆变器输出电压波形

分析结果显示，短路时刻光伏逆变器交流侧A、B、C三相电压分别跌落至故障前的90%、38%、75.1%，持续时间约为2个周波；跌落期间B相、C相电流最高增至跌落前的1.56倍与1.44倍。光伏逆变器输出功率为额定功率的约84.4%。由测试结果看出，人工短路试验短路时间较短，三相电压出现不同深度跌落，电流瞬时增大。

人工短路试验时被监测光伏电站并网点额定容量300 MW，额定线电压330 kV。并网点测试波形如图17、图18所示,短路时刻光伏电站并网点处A、B、C三相电压分别跌落至故障前的87.6%、96.9%、85.2%。跌落期间A、B、C三相电流最高分别增

图17 并网点电压、电流波形

至跌落前的1.22倍、1.05倍、1.10倍，短路发生时有功功率迅速下降，电站总有功出力从218.82 MW迅速跌至106.39 MW。短路恢复后有功恢复至216.66 MW，短路期间，电站SVG提供无功补偿，最大无功支撑约为105 Mvar。

图18 并网点有功功率、无功功率输出曲线

5 结束语

通过对比研究三种测试方法，总结如下：

(1)三种方法的实质都是模拟短路故障，而三种方法从不同角度进行低电压穿越能力验证。

(2)型式试验测试环境较为理想，是验证低电压穿越能力的首要环节；现场试验在型式试验的基础上开展，可以进一步验证低电压穿越能力；通过在现场试验开展前后开展人工短路试验，可以有效验证现场试验效果。

(3)型式试验与现场试验是针对单台逆变器进行测试，针对性强；而人工短路试验可以同时验证多台逆变器；涉及面广。

(4)三种方法从不同角度展开测试，起到较好的互补作用。通过对比研究三种方法测试结果，有助于深入理解光伏电站内部结构以及网架结构与光伏并网逆变器之间的相互作用，有助于及时获知光伏电站运行情况，为光伏电站顺利并网提供了宝贵的参考依据。

[1] Q/GDW617-2011,《光伏电站接入电网技术规定》[S].

[2] GB/T 19964-2012，《光伏发电站接入电力系统技术规定》[S].

[3] MA JIN，HE RENMU，DAVID HILL．Load modeling by finding support vectors of load data from field measurements[J]．IEEE Trans on Power Systems，2006，21(2):726-735．

[4] 王钢，陶家琪，徐兴伟，等.东北电网500 kV人工三相接地短路试验总结[J].电网技术，2007,31(4)：42-48.

[5] 贺仁睦，徐衍会，马进，等.人工三相短路试验数据验证的负荷实测建模方法[J].电网技术，2007,31(4)：59-64.

Validation of LVRT Capability of PV Grid-connected Inverters in Different Test Environments

SHI Shan-shan1, ZHANG Shuang-qing2, LIN Xiao-Jin2, LI Hong-tao2, BAO Si-jia2
(1.Electric Power Research Academy of State Grid Shanghai Electric Power Co., Ltd., Shanghai 200437 China; 2. China Electric Power Research Academy, Nanjing Jiangsu 210003, China)

Perspective to possible grid accidents in photovoltaic (PV) power stations caused by low-voltage ride through (LVRT), China has made tests on the LVRT performance of PV grid-connected inverters of PV power stations under different test environments, including laboratory type test, field test on the site of PV power stations, and artificial grounding short-circuit test. This paper studies the test principles in these three different test environments, analyses three methods for simulating short-circuit fault. Furthermore, a 500 kW PV grid-connected inverter is tested in three test methods. The test results show that these three methods verify the LVRT capability of the PV grid-connected inverter and produce good complementary effects, thus providing a strong guarantee for healthy orderly grid connection of China’s PV power stations.

low-voltage ride through(LVRT);type test, field test; artificial short circuit tes; photovoltaic grid connected inverter

10.3969/j.issn.1000-3886.2015.05.014

TM615

A

1000-3886(2015)05-0043-04

时珊珊(1986-)，女，安徽人，工程师，主要从事光伏发电野外检测技术研究。 张双庆(1986-)男，山东人，工程师，主要从事太阳能检测技术研究。 林小进(1984-)男，江苏人，工程师，主要从事太阳能检测技术研究。 李红涛(1982-)男，河南人，工程师，主要从事太阳能检测技术研究。 包斯嘉(1982-)男，江苏人，工程师，主要从事太阳能检测技术研究。

定稿日期: 2014-07-18