50 MW光伏电站逆变器耐高频耐高压性能检测技术研究

王维维，张光奎，朱志国

（1.中利腾晖共和新能源有限公司，青海共和 813099；2.北京京能国际控股有限公司西北分公司，宁夏银川 750000）

1 50MW电站逆变器耐高频耐高压性能检测技术介绍

光伏电站规模越来越大，对逆变器的要求也越来越高。高频和高压环境下的运行可能对逆变器产生一定的影响，因此，需进行相应的性能检测。

50 MW 光伏电站逆变器耐高频耐高压性能检测技术是为评估逆变器在高频和高压条件下的稳定性和可靠性而开发的，逆变器作为电站中关键的组件之一，其性能的稳定和可靠对电站的运行至关重要。

50 MW 光伏电站逆变器耐高频耐高压性能检测技术主要包括频率耐受能力试验、低电压穿越测试、高电压穿越测试和高低压连续穿越测试等方法。通过这些测试，可评估逆变器在不同频率和电压条件下的稳定性和可靠性，从而为电站的正常运行提供保障。

逆变器的耐高频耐高压性能检测对于电站的安全运行和长期稳定性具有重要意义。通过该技术的应用，可及时发现和解决逆变器在高频和高压环境下可能出现的问题，提高电站的可靠性和经济性。

2 50MW光伏电站逆变器耐高频耐高压性能检测内容

2.1 频率耐受能力试验

频率耐受能力试验旨在模拟逆变器在高频环境下的工作情况，通过改变输入电源的频率来观察逆变器在不同频率下的输出效果和工作稳定性，以评估其耐受能力。通过频率耐受能力试验，可判断逆变器在不同频率下的性能表现。如果逆变器能够在不同频率下保持稳定的输出效果，并且不会出现异常情况，说明其具备较好的频率耐受能力。通过该试验，可评估逆变器在高频环境下的工作能力，为电站的运行提供参考依据。

2.2 低电压穿越测试

在低电压穿越测试中，通过逐渐降低输入电压，可观察逆变器在低电压条件下的输出效果。同时，还可评估逆变器在低电压环境下的响应速度，即逆变器的输出能否及时调整以适应低电压条件。通过对输出效果和响应速度的评估，可判断逆变器在低电压环境下的稳定性和可靠性。

2.3 高电压穿越测试

在高电压穿越测试中，通过逐渐增加输入电压，可观察逆变器在高电压条件下的输出效果和电气特性。同时，还可评估逆变器在高电压环境下的耐受能力，即逆变器是否能够稳定工作并保持安全性。

2.4 高低压连续穿越测试

高低压连续穿越测试旨在模拟逆变器在高低电压交替出现的工作环境，通过周期性改变输入电压来观察逆变器的响应和稳定性，以评估其在高低压连续穿越下的性能和可靠性。

通过高低压连续穿越测试，可判断逆变器在高低电压环境下的响应速度和稳定性。如果逆变器能够在高低电压交替出现的情况下保持稳定的输出效果，并且能够及时调整以适应电压变化，说明其具备较好的性能和可靠性。

3 案例分析

3.1 案例背景

京能国际青海共和50 MW 电站地处青海省海南藏族自治州共和县一塔拉光伏园区。电站共37个发电单元，其中5个单元（15号、18号、19号、32号、34号单元）配置10台（每单元两台）上能EP-0630-A型集中式逆变器，其余32个单元（1～14号、16～17号、20～31号、33号、35～37号单元）配置华为SUN2000-125KTL-M5型组串式逆变器。

按照国网青海省电力调度控制中心的要求，现需对青海共和50 MW 电站两种不同型号的逆变器进行频率、电压耐受能力等涉网性能检测和评价，并出具合格的检测评价报告。青海共和50 MW 光伏电站位于青海省海南藏族自治州共和县城以南约25 km，G214国道东侧的共和县一塔拉滩光伏发电园区内。

3.2 实施过程

3.2.1 频率耐受能力试验

京能国际青海共和50 MW 电站进行频率耐受能力试验时，需对逆变器进行检测，以确认其在不同频率范围内的耐受能力。具体的运行规定如下。

（1）并网点频率值在49.5～50.5 Hz 时，逆变器应正常连续运行。

（2）当并网点频率值在50.5～51.0 Hz 时，逆变器至少需持续运行3 min。

（3）当并网点频率值在51.0～51.5 Hz 时，逆变器至少需持续运行10 s。

（4）当并网点频率值超过51.5 Hz 时，逆变器至少需持续运行2 s。

为进行频率耐受能力试验，可通过改变并网点的频率值，并观察逆变器在不同频率范围内的运行情况来实现。

（1）可将并网点频率值设置在49.5～50.5 Hz，观察逆变器是否能够正常连续运行。

（2）可逐步增加并网点频率值，分别设置在50.5～51.0 Hz、51.0～51.5 Hz 和超过51.5 Hz 的范围内，并观察逆变器在每个频率范围内的运行时间是否符合要求。

3.2.2 低电压穿越测试

京能国际青海共和50 MW 电站需进行低电压穿越测试，以确保其逆变器满足《青海电网新能源发电技术要求》中的GB/T 37408—2019《光伏发电并网逆变器技术要求》及GB/T 37409—2019《光伏发电并网逆变器检测技术规范》相关技术要求。

（1）根据要求，电站需提供动态无功电流来响应电网电压的变化。当电站并网点的电压低于低穿阈值时，光伏电站需根据以下公式提供动态无功电流增量ΔI段q_LVRT：

ΔI段q_LVRT≥K1×（ULV–UT）I段N（0.2 p.u.≤UT≤0.9 p.u.）

ΔI段q_LVRT≥1.05×I段N（UT＜0.2 p.u.）

ΔI段q_LVRT=0（UT＞0.9 p.u.）

式中，ULV为光伏电站的低穿阈值，取值为0.9 p.u.；UT为光伏电站并网点的电压标幺值；K1为无功低穿电流系数，推荐取值为1.5；I段N为光伏电站的额定电流。

在电网电压恢复后，动态无功电流应在10 ms 内退出。

（2）电站在低穿过程中需优先输出无功电流，且在设备不过流的前提下，低穿期间的有功电流应维持故障前的值。有功低穿电流系数（K2）应为1，以实现全电流控制。

（3）故障恢复后，电站需以每秒3倍以上的额定功率变化率恢复至故障前的有功功率值，直到电压恢复至低穿阈值ULV。

3.2.3 高电压穿越测试

根据《附件：青海电网新能源发电技术要求》中的高电压穿越技术要求，京能国际青海共和50 MW电站需满足以下条件来进行高电压穿越测试。

（1）确保逆变器型号符合要求。在进行高电压穿越测试前，需确保电站所使用的逆变器型号能够满足要求，即无功高穿电流系数K3大于等于1.5。

（2）确定高穿阈值。根据要求，光伏电站的高穿阈值UHV取值为1.1 p.u.（标幺值），即当光伏电站并网点电压高于1.1倍的额定电压时，需启动高电压穿越保护。

（3）实时跟踪并网点电压变化。光伏电站需实时监测并网点电压的变化，并根据变化情况来吸收动态无功电流。动态无功电流增量ΔI段q_LVRT应根据公式：ΔI段T≤K3×（UHV–UT）I段N进行计算（其中，UT为光伏电站并网点电压的标幺值，I段N为光伏电站的额定电流）。

（4）保持有功功率维持故障前的有功值。在进行高电压穿越测试时，光伏电站需要确保源端（光伏电池）的功率充足，并保证设备不过流和无功低穿电流系数满足要求的前提下，保持有功功率维持故障前的有功值。

3.2.4 高低压连续穿越测试

京能国际青海共和50 MW 电站需进行高、低压连续穿越测试，以确保其具备应对直流连续换相失败引起的高、低电压交替现象的能力。在测试过程中，电站需保持与电网的连接，并在低电压穿越和高电压穿越过程中满足相关技术要求。具体来说，测试过程中，电站需能够应对电网中可能出现的高、低电压变化。在低电压穿越测试中，电站需保持与电网的连接，并能够稳定运行，不脱离电网。而在高电压穿越测试中，电站同样需保持与电网的连接，并能够稳定运行。为确保电站具备高、低压连续穿越能力，测试过程中需进行相关的技术要求检测。

3.3 实施效果

3.3.1 频率耐受能力试验效果

京能国际青海共和50 MW 电站进行了频率耐受能力试验，试验中调节电网模拟装置，使得输入箱变高压侧的交流电频率从额定值阶跃至不同的频率，分别保持一定时间后恢复到额定值。试验包括频率从49.5～50.49 Hz、50.5～50.99 Hz、51.0～51.49 Hz 及阶跃至51.5 Hz 的情况。记录了逆变器的正常运行时间或脱网跳闸时间。

根据试验结果，可分析京能国际青海共和50 MW电站的频率耐受能力。在频率从49.5～50.49 Hz时，逆变器能够正常运行至少20 min。在频率从50.5～50.99 Hz 时，逆变器能够正常运行至少3 min。在频率从51.0～51.49 Hz 时，逆变器能够正常运行至少10 s。而当频率阶跃至51.5 Hz 时，逆变器的运行时间或脱网跳闸时间大于或等于2 s。

根据本次试验结果显示，京能国际青海共和50 MW 电站在不同频率范围内的逆变器能够正常运行一定时间，表明该电站的频率耐受能力较好。

3.3.2 低电压穿越测试效果

根据提供的数据，京能国际青海共和50 MW 电站进行了低电压穿越测试。测试中，数据采集仪连接在所测逆变器的交流侧，根据不同的测试工况设置逆变器的有功功率和无功功率，并调节逆变器箱变高压侧进线电压来实现不同的电压跌落情况。在第1个测试工况中，逆变器设置有功功率为0.9 p.u.，无功功率为0.3 p.u.，通过调节进线电压使得逆变器交流侧母线电压稳定在1.0 p.u.，并记录了逆变器交流侧三相电压、电流。然后，调节模拟源，使逆变器交流电压跌落至0.2 p.u.，持续0.625 s，然后恢复电压，直至逆变器稳定运行。

类似地，根据其他测试工况的要求，重复上述过程进行低电压穿越测试。不同的测试工况包括逆变器有功功率、无功功率的不同设置，以及不同的电压跌落情况和持续时间。

3.3.3 高电压穿越测试效果

根据提供的数据，京能国际青海共和50 MW 电站进行了高电压穿越测试。测试中，根据不同的测试工况设置逆变器的有功功率和无功功率，并调节逆变器箱变高压侧进线电压来实现不同的电压抬升情况。在第1个测试工况中，逆变器设置有功功率为0.7 p.u.，无功功率为0.1 p.u.，通过调节进线电压使得逆变器交流侧母线电压稳定在1.0 p.u.，并记录了逆变器交流侧三相电压、电流。然后，调节电网模拟源，使逆变器交流电压抬高至1.15 p.u.，持续10 s，然后恢复电压，直至逆变器稳定运行。类似地，根据其他测试工况的要求，重复上述过程进行高电压穿越测试。不同的测试工况包括逆变器有功功率、无功功率的不同设置，以及不同的电压抬升情况和持续时间。

通过进行高电压穿越测试，可评估京能国际青海共和50 MW 电站逆变器在不同工况下的稳定性和响应能力。通过记录逆变器交流侧三相电压、电流的变化，可分析电站在面对高电压穿越时的表现和效果。

3.3.4 高低压连续穿越测试效果

根据所提供的信息，京能国际青海共和50 MW电站进行了高、低压连续穿越测试。测试中，逆变器被设置为有功功率0.7 p.u.和无功功率0.1 p.u.的状态，并通过调节被测逆变器箱变高压侧进线电压，使得逆变器交流测母线电压为1.0 p.u.。在稳定运行2 s 后，通过调节电网模拟源，记录了逆变器交流侧三相电压和电流的数据。基于以上测试结果，可对京能国际青海共和50 MW 电站的高、低压连续穿越测试效果进行分析。通过记录的交流侧三相电压和电流数据，可评估逆变器在不同电网条件下的运行性能和稳定性。

4 结束语

文章介绍了50 MW 电站逆变器耐高频耐高压性能检测技术的相关内容。经过实施，发现该技术能够有效提高逆变器的耐高频耐高压性能，进一步提升电站的可靠性和稳定性。然而，尽管取得了一定的研究成果，但仍存在一些局限性和问题需进一步研究和改进。在未来的工作中，将继续深入探索该技术，以进一步提高电站逆变器的性能，为电力行业的发展作出更大的贡献。