低電壓穿越《群菱》

低電壓穿越

當(dāng)前光伏發(fā)電已成為太陽能資源開發(fā)利用的重要形式，其中大型光伏電站的接入，將對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生深刻影響，特別是在電網(wǎng)故障時(shí)光伏電站的突然脫網(wǎng)會(huì)進(jìn)一步惡化電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，帶來更加嚴(yán)重的后果。

當(dāng)光伏電站滲透率較高或出力加大時(shí)，電網(wǎng)發(fā)生故障引起光伏電站跳閘，由于故障恢復(fù)后光伏電站重新并網(wǎng)需要時(shí)間，在此期間引起的功率缺額將導(dǎo)致相鄰的光伏電站跳閘，從而引起大面積停電，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行^[3]。因此，亟須開展大型光伏電站低電壓穿越技術(shù)的研究，保障光伏電站接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、低電壓穿越使用條件

1、環(huán)境條件

a) 戶外環(huán)境溫度要求：－40℃~ 50℃；  

b) 戶外環(huán)境濕度要求：0~90% ；

c) 海拔高度： 0~2000米（如果超過2000米，需要提前說明）。

2、低電壓穿越安裝方式：標(biāo)準(zhǔn)海運(yùn)集裝箱內(nèi)固定式安裝。

3、儲(chǔ)存條件

a）環(huán)境溫度  －50℃～50℃；

b）相對(duì)濕度   0～95% 。

4、低電壓穿越工作條件

a) 環(huán)境溫度   －40 ºC～40ºC；

b) 相對(duì)濕度   10%～90%，無凝露。

5、低電壓穿越電力系統(tǒng)條件

a) 電網(wǎng)電壓最高額定值為35kV，電壓運(yùn)行范圍為31.5kV~40.5kV；同時(shí)也可以同時(shí)滿足10kV\20kV電網(wǎng)電壓的試驗(yàn)檢測(cè)。

b) 電網(wǎng)頻率允許范圍：48~52Hz；

c) 電網(wǎng)三相電壓不平衡度：<= 4%；

d) 電網(wǎng)電壓總諧波畸變率：<= 5%。

6、低電壓穿越負(fù)載條件

負(fù)載包括直驅(qū)或雙饋式等風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其總?cè)萘坎淮笥?span lang="EN-US">6.0MVA。其控制和操作需要滿足國家關(guān)于風(fēng)電機(jī)組電電壓穿越測(cè)試與光伏發(fā)電站的相關(guān)測(cè)試規(guī)程技術(shù)要求。

本檢測(cè)平臺(tái)能夠同時(shí)滿足同等條件下光伏電站或光伏逆變器的低電壓穿越能力測(cè)試。

7、低電壓穿越接地電阻：<=5Ω。

二、低電壓穿越技術(shù)要求

光伏電站低電壓穿越技術(shù)（Low Voltage Ride Through，LVRT）是指當(dāng)電網(wǎng)故障或擾動(dòng)引起的光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，光伏電站能夠不間斷地并網(wǎng)運(yùn)行。

2010年底，國家電網(wǎng)公司出臺(tái)的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（企標(biāo)）明確指出[10]，“大中型光伏電站應(yīng)具備一定的低電壓穿越能力；電力系統(tǒng)發(fā)生不同類型故障時(shí)，若光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)考核電壓全部在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，光伏電站應(yīng)保證不間斷并網(wǎng)運(yùn)行；否則光伏電站停止向電網(wǎng)線路送電。”光伏電站的低電壓穿越能力需要由逆變器實(shí)現(xiàn)。低電壓穿越能力要求如圖1所示，一般選擇UL1設(shè)定為0.2倍額定電壓，T1設(shè)為1s，T2設(shè)為3s。

光伏逆變器交流側(cè)電壓在電網(wǎng)故障時(shí)下降到了正常狀態(tài)時(shí)的20%，導(dǎo)致輸出的有功功率驟然減小；低電壓穿越由于采用了低電壓穿越控制，光伏電站可以保持并網(wǎng)運(yùn)行，其交流側(cè)輸出的電流在故障期間經(jīng)過短暫的調(diào)節(jié)過程恢復(fù)至額定電流值，故障過程中電流略有增大，但是能很好的限制在額定電流的1.1倍以內(nèi)，LVRT控制策略基本限制住了電流的增大，保護(hù)了逆變器的電力電子器件。由于功率輸出減小，電能累積在逆變器直流側(cè)電容增多，電容的充電效應(yīng)使直流側(cè)電壓有所增大；直流側(cè)電流在故障期間有所減小。

光伏電站在實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的同時(shí)還可以向電網(wǎng)側(cè)發(fā)送一定的無功功率（約0.1pu），通過光伏逆變器有功和無功的解耦，可以使之向電網(wǎng)發(fā)送無功，在一定程度上支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓的跌落。從圖中可見，無功電流在故障期間增大，而有功電流由于受到了限制，基本保持不變，無功電流達(dá)到了最大值0.46pu，與第2節(jié)中的無功功率極限的推導(dǎo)一致，因此電流增大的部分主要是無功電流。

三、低電壓穿越測(cè)試系統(tǒng)參數(shù)

表1  低電壓穿越測(cè)試系統(tǒng)主要技術(shù)參數(shù)

四、低電壓穿越系統(tǒng)構(gòu)成

檢測(cè)平臺(tái)的主設(shè)備戶內(nèi)安裝，核心部件包括電抗器組合、斷路器組合、控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)四部分：其中電抗器采用國際知名品牌西門子或施耐德公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)；斷路器組合采用國際知名品牌西門子、施耐德或ABB公司產(chǎn)品。

1）低電壓穿越電抗器：限流電抗器根據(jù)接入的電網(wǎng)情況以及測(cè)試風(fēng)電機(jī)組容量整體進(jìn)行考慮，能夠適應(yīng)各種電網(wǎng)情況和風(fēng)電機(jī)組，限流電抗器設(shè)計(jì)為阻值可調(diào)，確保在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，對(duì)電網(wǎng)的影響在允許范圍之內(nèi)。短路電抗器阻值可調(diào)，短路電抗器和限流電抗器配合調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同程度的電壓跌落。

2）連接銅排：連接銅排分為導(dǎo)電銅排和接地銅排，導(dǎo)電銅排用來連接抗器實(shí)現(xiàn)各種不同組合。

3）低電壓穿越避雷器：電抗器相與相之間、每相與地之間接有避雷器；電抗器每個(gè)連接頭之間均裝有避雷器，對(duì)電抗器起到了很好的保護(hù)作用。

4）供電系統(tǒng)以及暖通、照明設(shè)備。

5）電抗器溫度監(jiān)測(cè)儀：試驗(yàn)過程中可能會(huì)在電抗器中流過很大的短路電流，使得電抗器發(fā)熱，根據(jù)需要安裝電抗器溫度監(jiān)測(cè)儀，隨時(shí)監(jiān)測(cè)電抗器溫度，通過設(shè)定電抗器溫度保護(hù)限值，當(dāng)溫度過高可以將電抗器以及整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)從電網(wǎng)中切出。

通過對(duì)光伏電站中核心部件光伏逆變器采用一定的控制策略，可以使其在電網(wǎng)擾動(dòng)或故障導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)保持并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低電壓穿越，還可以向電網(wǎng)發(fā)送無功功率以支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓。仿真表明，在電網(wǎng)電壓跌落到20%時(shí)，光伏電站仍可以保持并網(wǎng)運(yùn)行，并具有一定的無功電壓支撐能力，滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在三相電壓跌落和單相電壓跌落的情況下，均能實(shí)現(xiàn)良好的低電壓穿越，本文為大型光伏電站低電壓穿越技術(shù)的研究提供了一定的理論依據(jù)。下一步將重點(diǎn)開展光伏電站低電壓穿越過程中有功、無功功率協(xié)調(diào)控制的研究。

五、低電壓穿越主要部件技術(shù)要求

1、開關(guān)柜一次部分技術(shù)要求

(1) 開關(guān)柜設(shè)置母線室和斷路器室的壓力釋放裝置，當(dāng)發(fā)生內(nèi)部電弧故障時(shí)，釋放壓力，確保操作人員和開關(guān)柜安全。

(2) 低電壓穿越氣體絕緣開關(guān)柜的高壓帶電部分安裝在密封的六氟化硫（SF6）氣體中，具備足夠的絕緣強(qiáng)度，可以有效的防止來自外界的污穢、潮氣、異物及其他有害影響，以保證設(shè)備的長期穩(wěn)定工作。斷路器室和母線室為充氣隔室，三相系統(tǒng)在同一個(gè)隔室內(nèi)，其中充滿干燥的SF6氣體，相鄰隔室的絕緣氣體完全隔絕。隔室的充氣及相應(yīng)的試驗(yàn)工作在賣方廠內(nèi)完成，現(xiàn)場(chǎng)無須充氣。但考慮到海拔高程變化以及緩慢漏氣造成氣壓下降，有可能需要在現(xiàn)場(chǎng)充氣，組合開關(guān)柜面板上應(yīng)有充氣和測(cè)量SF6氣壓的兩用接口，每次試驗(yàn)前要使用專配的壓力表測(cè)量SF6氣體壓力，并另配專用充氣儲(chǔ)氣罐，可在現(xiàn)場(chǎng)充氣。

(3) 每一獨(dú)立的充氣隔室內(nèi)均設(shè)置單獨(dú)的具有溫度補(bǔ)償功能的氣體壓力檢測(cè)裝置，當(dāng)氣室內(nèi)壓力低于最小工作壓力或高于壓力上限時(shí)，壓力檢測(cè)裝置提供相應(yīng)的報(bào)警。同時(shí)應(yīng)設(shè)置人工測(cè)量SF6氣體壓力的接口，以防誤報(bào)警。

(4) 氣體絕緣開關(guān)柜內(nèi)安裝的斷路器為真空斷路器。斷路器上配有機(jī)械式計(jì)數(shù)器，用于合閘時(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器安裝在斷路器面板上，斷路器面板上設(shè)有機(jī)械式合分閘狀態(tài)指示、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)指示、及手動(dòng)合分閘按鈕。

(5) 低電壓穿越斷路器、三工位開關(guān)/隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)安裝在低壓室內(nèi)。三工位開

關(guān)和隔離開關(guān)正常為電動(dòng)操作，打開低壓室門，可進(jìn)行手動(dòng)操作。三工位開關(guān)/隔離開關(guān)上設(shè)有機(jī)械式分合閘狀態(tài)指示。

(6) 氣體絕緣開關(guān)柜采用先進(jìn)的插接技術(shù)，內(nèi)部電場(chǎng)均勻，有較高的電氣絕緣性能。

六、參考標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》

DL/T****-2013《光伏發(fā)電站低電壓穿越能力檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》

NB/T****-2013《光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)規(guī)范》

NB/T****-2013《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低電壓穿越能力測(cè)試規(guī)程》

GB/T19963-2011《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（2012年6月1日起實(shí)施）