[发明专利]一种单级式光伏并网逆变器低电压穿越方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏并网发电领域，具体涉及一种单级式光伏并网逆变器低电压穿越方法。

背景技术

市电系统作为公共电网，上面连接了成千上万各种各样的负载，其中一些较大的感性、容性、开关电源等负载不仅从电网中获得电能，还会反过来对电网本身造成影响，恶化电网或局部电网的供电品质，造成市电电压波形畸变或频率漂移。另外意外的自然和人为事故，如地震、雷击、输变电系统断路或短路，都会危害电力的正常供应，从而影响负载的正常工作。

因此，根据非理想电压形成的原因，将其分为两大类：由稳态问题引起的非理想电压及暂态问题引起的非理想电压。其中，稳态问题引起的非理想电压是主要方面，其包括电压闪变、三相电压不平衡、频率偏移、电力系统谐波和电压波动等。暂态问题主要包括电压电涌、电压脉冲、电压波动、电压下陷、电压跌落等。图1是引起非理想电压的各个原因所占的比例。电压跌落是指在某一时刻电压的幅值突然偏离正常工作范围，经很短的一段时间后又恢复到正常水平的现象。目前，多数文献都用跌落的幅值和持续时间来作为描述电压跌落的特征量，但对幅值大小和持续时间的界定范围还未形成统一的标准。例如，在IEEE电能质量标准中对电压跌落特征量的界定范围是幅值标么值在0.1~0.9之间，持续时间为半个周期至1分钟；而IEC标准则用跌落前后电压的差值与正常电压的百分比来描述电压跌落的深度，持续时间限定为半个周期至几十秒。从电压跌落的表现形式上，电压跌落大致可分为三相电压的等幅值跌落、两相电压跌落和单相电压跌落,跌落波形分别如图2、图3和图4所示，图中的电网电压为标幺值（p.u）。

以太阳能和风能为主的新能源取代传统化石能源已成为不可避免的趋势，而光伏发电作为太阳能资源开发利用的重要形式，已经引起了世界各国政府的高度重视。随着越来越多的兆瓦级光伏并网电站的建成和接入电网运行，其对电网的安全稳定运行产生了深刻影响，特别是在电网故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网运行状态，带来更加严重的后果。当光伏电站渗透率较高或出力加大时，电网发生故障引起光伏电站跳闸，由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将导致相邻的光伏电站跳闸，从而引起大面积停电，影响电网安全稳定运行。然而，目前国内外的光伏电站几乎不具有低电压穿越的能力，对光伏电站低电压穿越关键技术的研究也很少。因此，亟须对光伏并网逆变器的低电压穿越技术展开研究，保障光伏电站接入后电网的安全稳定运行。

在光伏并网逆变器低电压穿越上，国内现有的文献和专利重点研究了三相电网电压对称条件下能实现低电压穿越功能，但是其忽略了两点问题：

1）电网不对称故障更为常见，不对称故障下如何抑制负序分量对光伏逆变器的影响；

2）光伏逆变器低电压穿越期间MPPT如何处理及有功功率及无功功率如何分配。

MPPT（Maximum Power Point Tracking）的全称为“最大功率点跟踪”太阳能控制器，是传统太阳能充放电控制器的升级换代产品。所谓最大功率点跟踪，即是指控制器能够实时侦测太阳能板的发电电压，并追踪最高电压电流值(VI)，使系统以最高的效率对蓄电池充电。

2010年底，我国电网公司出台了《光伏电站接入电网技术规定》，规定明确指出：“大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力；电力系统发生不同类型故障时，若光伏电站并网点考核电压全部在图中电压轮廓线及以上的区域内时，光伏电站应保证不间断并网运行；否则光伏电站停止向电网线路送电。”光伏电站的低电压穿越能力需要由逆变器实现。低电压穿越能力要求如图5所示，并网点电压跌落为额定电压的0.2倍时，并网逆变器在1s内需保持并网运行，若在3s内并网点电压恢复到额定电压的0.9-1.1倍间，逆变器需保持不间断的并网运行；否则，断开并网逆变器。规定还要求，在电网电压发生电压跌落故障时逆变器应向电网提供无功功率。

光伏并网逆变器并网运行时，工作于单位功率因数状态，滤波支路容量相对较小,线路阻抗主要呈现为感性。由图6的并网矢量图可得并网逆变器输出的视在功率为：