光伏并网逆变器零电压穿越控制策略

庄英军 刘路

摘 要：《GB-T 19964-2012 光伏发电站接入电力系统技术规定》要求，光伏并网逆变器在遇到电网电压由于电网故障或者扰动导致电压跌落时，在规定时间内必须连续运行，并向电网输送一定的无功功率，故障消除后必须快速恢复到故障之前的发电功率。光伏逆变器必须能够实时对不平衡电网进行锁相，判断电网跌落水平，记录故障之前的输出功率，并能够快速恢复到故障前的最大功率点。

关键词：零电压穿越； 电网不平衡； 光伏并网逆变器； 锁相环

引言

近几年来，随着国际社会清洁能源的重视，光伏发电正在以前所未有的速度发展，光伏系统的总装机容量不断增加。电网电压突然跌落对光伏发电系统的影响不可小视，同样的在电网跌落瞬间，光伏逆变器如若立即故障脱网，将给电网带来巨大冲击，因此光伏并网逆变器的零电压“穿越”控制问题越来越受到人们的重视。

光伏逆变器的零电压穿越面临诸多工况，包括三相同时跌落、两相跌落、单相跌落，以及电压跌落到不同程度。而且一些条件下电网会出现不平衡故障，电网电压畸变，出现负序分量，常规锁相方法不能正确锁定网压相位角。此时三相并网逆变器输出电流将受到影响，使逆变器并网电流产生畸变，负序分量增加，严重时使并网逆变器发生故障，加剧电网不平衡度。最新国标《GB-T 19964-2012 光伏发电站接入电力系统技术规定》 对“零电压穿越”提出了具体要求，要求逆变器具备应对不平衡电网的能力，且配合发出无功功率，以支撑电网的快速恢复。因此在电网跌落时快速而准确的判断网压及锁相并进行实时控制是逆变器必须具备的一项关键技术。这对于大容量集中型光伏并网发电系统的安全、高效运行，有着重要的现实意义。本文在上述研究基础上，重点研究了电网跌落时光伏逆变器的数据处理、控制算法及电网恢复后逆变器有功功率的快速恢复等策略。

1、零电压穿越曲线要求

光伏逆变器能满足的零电压穿越要求：a）电力系统发生不同的故障时，若光伏逆变器并网点考核电压全部在上图曲线以上区域，光伏逆变器应保证连续不脱网运行；否则允许光伏逆变器切出。b）电力系统故障期间，没有脱网运行的光伏逆变器，其有功功率在故障清除后应能快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少30%额定功率/秒的功率变化率恢复至正常发电状态。c）自电网电压跌落时刻起，动态无功电流的响应时间应不大于30ms；且在电压恢复到0.9pu期间，光伏逆变器注入电力系统的动态无功电流应跟随并网点电压变化，满足一定的公式要求。

2、电网电压不平衡下锁相算法

当电网电压出现不平衡跌落时，必然在电网上产生负序分量，此时若光伏逆变器仍按照实时采样进行锁相，必然导致出现负序电流，进一步加重电网故障。因此必须要使用适当算法对采样电压进行正负序分离，仅对分离后正序分量进行锁相，可以保证光伏逆变器在不平衡电网下能够输出正序电流，帮助电网快速恢复。

为保证锁相环的准确性，本文使用了基于单同步坐标系的软件锁相环算法，在对电网电压进行正负序分离的基础上，首先进行Clark变换，将三相静止坐标系abc下的电压转换为两相静止坐标系alpha/beta下的电压，然后再进行Park变换，将静止两相坐标系转换为旋转两相坐标系下的Ud/Uq。通过控制Uq=0来作为锁相成功的标志，即使得三相合成旋转矢量在旋转坐标q轴上的分量为0来实现锁相。

3、电网电压恢复后逆变器有功恢复策略

为做到故障消除后光伏逆变器能够快速实现功率恢复，在判断进入零电压穿越时，光伏逆变器必须及时记录故障之前的内环电流给定，以及故障之前的最大功率点电压。当判断电压故障消除后，快速恢复之前的最大点电压及内环电流给定。快速向电网提供有功支撑，帮助电网快速恢复。

4、总结

通過对理论及算法的研究，作者对上述控制策略在500KW光伏逆变器上进行了实际验证，取得了良好效果，并顺利通过国网电科院的零电压穿越认证，为光伏逆变器厂家能够实现零电压穿越功能提供了参考。