光伏发电系统低电压穿越策略优化建议

6.4.4.1 故障初始阶段的低电压穿越方法

与非耦合型风电系统相同，故障初始阶段，由于功率平衡被打破，光伏发电系统的直流母线电压将迅速升高。由上节分析可知，由于光伏电池的自身特性，随着直流母线电压升高，其输出有功功率将迅速降低，因此此阶段光伏发电系统不需要增加额外的卸荷措施，其控制可采取与故障持续阶段相同的方法。

6.4.4.2 故障持续阶段的低电压穿越方法

1.不同故障下光伏发电系统的正序无功电流输出能力

与非耦合型风电机组相似，当前的并网导则^[66]明确规定了不对称故障下光伏发电系统的正序无功电流控制要求。

光伏发电系统的正序无功电流输出能力仅由网侧变流器决定。对称故障下，网侧变流器输出电压可远高于电网电压，其电流输出能力受变流器电力电子器件额定参数的限制；不对称故障下，电网电压负序分量可能会导致网侧变流器输出瞬时功率中的两倍频波动（具体分析可参考本章6.5.1节），进而引起直流母线电压的波动。在风电机组中，若该电压波动过大，则可能会触发变流器的直流过/欠电压保护，引起风电机组切机；然而，光伏发电系统不存在机械旋转部分，由电网电压负序分量引起的直流母线电压脉动不会影响光伏电池的正常运行，因此控制方法中可不考虑消除此脉动，直接控制其负序有功和无功电流为0。由此可见，在对称和不对称电网故障下，光伏发电系统均可输出最大1pu的正序无功电流，以支撑电网运行。

图6-59 光伏并网发电系统低电压穿越过程中直流电压及输出功率曲线

2.故障条件下的光伏发电系统控制

根据上节分析，对称故障下和不对称故障下，光伏发电系统的控制方法可在非耦合型风电机组网侧变流器控制方法的基础上，作如下改变：网侧变流器需根据并网导则的要求设置正序无功电流指令，限制正序有功电流输出，因无需抑制直流母线电压脉动，负序有功与无功电流分量指令可设置为零。综上所述，故障持续阶段光伏发电系统并网逆变器的控制结构如图6-60所示。正常工况下，网侧变流器的有功功率指令由光伏电池的MPPT控制环给出，电流内环采用基于双dq坐标系模型的解耦控制方法，负序分量指令值均设为0；电网故障下，网侧变流器正序有功和无功电流指令根据并网导则的要求设定。(www.xing528.com)

对称故障下，根据并网导则^[66]的规定，故障持续阶段光伏系统输出的正序无功电流指令值应为

式中，i_g∗_q为无功电流指令值，用标幺值表示，上限值为1pu；K为无功电流电流补偿系数，该系数根据光伏系统对电网的渗透率来决定，通常取2；ΔU为电网电压跌落深度比例。有功电流指令由系统容量和无功电流指令决定，系统总电流输出上限为1pu。实际工况中，光伏发电系统很少运行在额定功率输出的工况下，当光照不足时，即便故障后网侧变流器需输出一定的无功电流，其有功电流输出能力也足以实现光伏系统的MPPT，此时其有功电流输出可不受故障的影响；若光照较强，故障后网侧变流器无法实现对应MPPT的有功电流输出，此时其优先保证无功电流输出，剩余容量用以输出有功电流。

不对称故障条件下，式（6-86）中i_g∗_q表示正序无功电流分量，其计算公式保持不变，但上限值设为0.4pu。

图6-60 故障持续阶段光伏发电系统控制框图

6.4.4.3 故障恢复阶段的低电压穿越方法

故障恢复阶段，与非耦合型风电系统相似，由于光伏并网变流器的输出有功和无功功率可独立受控，并网导则规定的功率恢复要求较容易得到满足。尽管故障恢复过程可能会出现高电压现象，适当抬高变流器直流母线电压，通过控制变流器输出迅速跟随电网电压的变化，可有效避免高电压过程带来的负面影响。此外，若控制变流器在高电压期间从电网吸收一定的无功功率，还可有效降低电网的过电压。以上过程与非耦合型风电机组相似，其控制只需在正常工况下的控制方法基础上改变电流环指令即可实现，此处不再赘述。