基于大数据挖掘的光伏逆变器故障检测分析

张冠花 梁亚明

摘要：对于配电网而言，需要对线路电阻压降重点分析，电压已经成为配电网系统中影响电能质量的关键问题，由此导致配电网光伏出力受到外部条件的显著影响，从而使系统故障出现的时候，引起电网出现电压越限的结果。在低压配电网线路阻抗因素作用下，随着光伏渗透率的提高，较易造成光伏逆变器发生并网电压越限的问题，引起电网运行稳定性的显著下降，在某些情况下将无法再电网中接入光伏系统。本文基于大数据挖掘的光伏逆变器故障检测分析展开论述。

关键词：大数据挖掘;光伏逆变器;故障检测分析

1光伏电站设备的特点

目前光伏发电的主要形式仍然是分布型。光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器、电池和其他辅助附件组成。根据是否连接电网，光伏发电系统分为并网和脱离网两种。后者可以独立工作，而不依赖电网。经典控制策略不考慮线路阻抗问题，但实际系统有阻抗，相互连接的逆变器之间的循环功率会对逆变器产生冲击，降低效率，降低逆变器的功率分配精度。目前，越来越多的分布式光电发电合并到配电网中，改变了配电网流动单向流动的现有模式，可能发生电力回流问题，从而出现了网点电压受到限制的现象。它的优点是引入比例积分电压，提供初始电压，通过PI控制环进行调整，减少电压样品值和指定值之间的误差，电压输出控制常值调整系统，输出可以达到无定差，速度也可以满足要求。与传统火力发电厂、水电站相比，光伏电站设备的种类较少，但同类设备的数量较多。以装机容量为20MW的地面光伏电站为例，该电站采用500kW集中变频器方案时，需要约40台逆变器。采用100kW组串联逆变器体系时，需要约200台逆变器。以临阳新能源为例，公司目前管理的光伏电站约130个，总装机容量约1.7GW，同类品牌设备很多。采用传统的计划维护模式和备件库存管理模式，备件库存会增加，资金会占很多，备件存储和管理费用会增加，综合费用会上升，从而降低光伏电站的收益率。因此，本文研究光伏电站逆变器的故障概率分布模型，制定目标设备维护战略。

2光伏电源接入对配电网电压的影响

光伏发电属于新的发展技术，具有独立性、连通性和环境性。随着光伏发电系统的广泛建设，越来越多的自主发电光电电力接入配电网，引起配电网的电压波动，不利于配电网的稳定运行。引进光伏逆变器进行电压调节，可以支持配电网电压控制。配电网建设及运行控制对电力负荷预测的准确性要求较高，不断访问的光伏电力影响负荷测量的一般规律，或影响配电网输电电力的稳定性，引起配电网电压波动。大规模进行光伏电源访问可能会导致配电网电压不平衡、配电网保护部分失效等问题。为了稳定供应配电网的电力，首先要加强对配电网电压的控制。在配电网方面采取电压控制战略的直接措施是增加配电网线路截面积。也就是说，更换更高直径的电缆或更多数量的电缆，减少电路阻抗。但是线路更换成本太高，实施周期长，管理成本高，效果甚微。使用带负载调节变压器的分接头进行电压调节可以调节电压波动，但调节精度有限，难以解决末端电压限制问题，经常调节的磁头容易影响机构寿命，系统运行经济性较差。（大卫·亚设、Northern Exposure（美国电视剧）、负载调节、负载调节、负载调节、负载调节）如果使用反应器组、电容器组等电阻装置进行电压和无功调节，则在投放瞬间会发生很大的暂时性冲击，容易导致系统共振问题。引进STATCOM可以快速准确地调节电压，但投资很大。因此，为了应对光伏接入对配电网电压的影响，最具成本效益的措施是在光伏侧采取电压调节措施。并网逆变器是太阳能接入配电网的核心设备，具有强大的无功输出功能和快速调节功能，可实现配电网调压控制。

3光伏并网逆变器

1）测试各光伏并网逆变器在并网过程中形成的电压与电流，再利用线路阻抗测试的方法分析线路1和传输线路2之间形成的线路阻抗，以此满足各分布式光伏电源保持并网运行的条件。2）在0.1s以内时，二个并联逆变器按照功率均分的形式达到负荷的并网运行过程;到达0.1s时，系统出现电流扰动的现象，从0.3s开始各项参数重新转为正常状态;进入0.4s～0.6s之间时，线路1和2都达到了2.15-j0.5kV·A的输出功率，网点线达到406V的有效电压，符合电压偏差条件。

4传统的分布式光伏并网孤岛效应检测方法

1）以频率变化作为判断依据的正确动作（包括孤岛效应产生后正确判别为孤岛、伪孤岛时不误判）仿真数为111组，检测的相对正确率为84.7%。考虑到故障发生后，PCC处的电压降低使以电压变化作为判断依据的孤岛效应检测方法在孤岛效应形成前就将其判断为孤岛，因此以电压作为判断依据的孤岛效应检测方法的相对正确率较低，正确动作仿真数为38组，检测的相对正确率为29.0%。若认为故障后并网开关断开一定会形成孤岛，那么以电压作为判断依据的孤岛效应检测方法的正确动作有117组，检测的相对正确率为89.3%。2）综合基于AFDPF算法的单台逆变器的孤岛效应检测方法和基于AFD+AFDPF算法的多台逆变器的孤岛效应检测可以看出，多台逆变器并联时会降低主动法的正确率，尤其当2种算法的频率偏移方向不一致时，正确率会大幅降低。无论是采用AFD算法还是采用AFDPF算法，负载的品质因数及负载的性质都会对检测准确性造成影响。由于仿真数量有限，不能对所有的负载情况进行分析，但是在正反馈系数为正、而负载为阻容性质时，会有一个范围进入检测盲区，正反馈系数越大，盲区越小。

结束语

随着分布式光伏发电的快速发展，对于分布式光伏并网孤岛效应的检测方法也在不断优化。在分布式光伏并网孤岛效应的传统检测方法中，基于光伏逆变器本身的孤岛效应检测方法分为2大类：被动孤岛检测方法和主动孤岛检测方法，每种检测方法都有各自的优缺点。被动孤岛检测方法存在孤岛效应检测时间长和盲区大的问题，而主动孤岛检测方法虽然引入扰动信号加快了孤岛效应的检测速度，同时减小了检测盲区，但其对系统的暂态响应和电能质量存在不良影响。

参考文献

[1]薛易，相东昊，闫旭.光伏系统逆变器电能的改进控制策略[J].黑龙江科技大学学报，2020，30（02）：166-171.

[2]朱建国，董建庭.集中式光伏电站逆变器选型问题探讨[J].节能，2020，39（03）：26-28.

国网上海市电力公司青浦供电公司，200000