低電壓穿越《群菱》

低電壓穿越

當前光伏發電已成為太陽能資源開發利用的重要形式，其中大型光伏電站的接入，將對電網的安全穩定運行產生深刻影響，特別是在電網故障時光伏電站的突然脫網會進一步惡化電網運行狀態，帶來更加嚴重的后果。

當光伏電站滲透率較高或出力加大時，電網發生故障引起光伏電站跳閘，由于故障恢復后光伏電站重新并網需要時間，在此期間引起的功率缺額將導致相鄰的光伏電站跳閘，從而引起大面積停電，影響電網安全穩定運行^[3]。因此，亟須開展大型光伏電站低電壓穿越技術的研究，保障光伏電站接入后電網的安全穩定運行。

一、低電壓穿越使用條件

1、環境條件

a) 戶外環境溫度要求：－40℃~ 50℃；  

b) 戶外環境濕度要求：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：標準海運集裝箱內固定式安裝。

3、儲存條件

a）環境溫度  －50℃～50℃；

b）相對濕度   0～95% 。

4、低電壓穿越工作條件

a) 環境溫度   －40 ºC～40ºC；

b) 相對濕度   10%～90%，無凝露。

5、低電壓穿越電力系統條件

a) 電網電壓最高額定值為35kV，電壓運行范圍為31.5kV~40.5kV；同時也可以同時滿足10kV\20kV電網電壓的試驗檢測。

b) 電網頻率允許范圍：48~52Hz；

c) 電網三相電壓不平衡度：<= 4%；

d) 電網電壓總諧波畸變率：<= 5%。

6、低電壓穿越負載條件

負載包括直驅或雙饋式等風力發電機組，其總容量不大于6.0MVA。其控制和操作需要滿足國家關于風電機組電電壓穿越測試與光伏發電站的相關測試規程技術要求。

本檢測平臺能夠同時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試。

7、低電壓穿越接地電阻：<=5Ω。

二、低電壓穿越技術要求

光伏電站低電壓穿越技術（Low Voltage Ride Through，LVRT）是指當電網故障或擾動引起的光伏電站并網點電壓波動時，在一定的范圍內，光伏電站能夠不間斷地并網運行。

2010年底，國家電網公司出臺的《光伏電站接入電網技術規定》（企標）明確指出[10]，“大中型光伏電站應具備一定的低電壓穿越能力；電力系統發生不同類型故障時，若光伏電站并網點考核電壓全部在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，光伏電站應保證不間斷并網運行；否則光伏電站停止向電網線路送電。”光伏電站的低電壓穿越能力需要由逆變器實現。低電壓穿越能力要求如圖1所示，一般選擇UL1設定為0.2倍額定電壓，T1設為1s，T2設為3s。

光伏逆變器交流側電壓在電網故障時下降到了正常狀態時的20%，導致輸出的有功功率驟然減??；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運行，其交流側輸出的電流在故障期間經過短暫的調節過程恢復至額定電流值，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，LVRT控制策略基本限制住了電流的增大，保護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電容增多，電容的充電效應使直流側電壓有所增大；直流側電流在故障期間有所減小。

光伏電站在實現低電壓穿越的同時還可以向電網側發送一定的無功功率（約0.1pu），通過光伏逆變器有功和無功的解耦，可以使之向電網發送無功，在一定程度上支撐并網點電壓的跌落。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，無功電流達到了最大值0.46pu，與第2節中的無功功率極限的推導一致，因此電流增大的部分主要是無功電流。

三、低電壓穿越測試系統參數

表1  低電壓穿越測試系統主要技術參數

四、低電壓穿越系統構成

檢測平臺的主設備戶內安裝，核心部件包括電抗器組合、斷路器組合、控制系統、測量系統四部分：其中電抗器采用國際知名品牌西門子或施耐德公司設計和生產；斷路器組合采用國際知名品牌西門子、施耐德或ABB公司產品。

1）低電壓穿越電抗器：限流電抗器根據接入的電網情況以及測試風電機組容量整體進行考慮，能夠適應各種電網情況和風電機組，限流電抗器設計為阻值可調，確保在進行測試時，對電網的影響在允許范圍之內。短路電抗器阻值可調，短路電抗器和限流電抗器配合調節實現不同程度的電壓跌落。

2）連接銅排：連接銅排分為導電銅排和接地銅排，導電銅排用來連接抗器實現各種不同組合。

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；電抗器每個連接頭之間均裝有避雷器，對電抗器起到了很好的保護作用。

4）供電系統以及暖通、照明設備。

5）電抗器溫度監測儀：試驗過程中可能會在電抗器中流過很大的短路電流，使得電抗器發熱，根據需要安裝電抗器溫度監測儀，隨時監測電抗器溫度，通過設定電抗器溫度保護限值，當溫度過高可以將電抗器以及整個測試系統從電網中切出。

通過對光伏電站中核心部件光伏逆變器采用一定的控制策略，可以使其在電網擾動或故障導致并網點電壓跌落時保持并網運行，實現低電壓穿越，還可以向電網發送無功功率以支撐并網點電壓。仿真表明，在電網電壓跌落到20%時，光伏電站仍可以保持并網運行，并具有一定的無功電壓支撐能力，滿足并網標準，在三相電壓跌落和單相電壓跌落的情況下，均能實現良好的低電壓穿越，本文為大型光伏電站低電壓穿越技術的研究提供了一定的理論依據。下一步將重點開展光伏電站低電壓穿越過程中有功、無功功率協調控制的研究。

五、低電壓穿越主要部件技術要求

1、開關柜一次部分技術要求

(1) 開關柜設置母線室和斷路器室的壓力釋放裝置，當發生內部電弧故障時，釋放壓力，確保操作人員和開關柜安全。

(2) 低電壓穿越氣體絕緣開關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，以保證設備的長期穩定工作。斷路器室和母線室為充氣隔室，三相系統在同一個隔室內，其中充滿干燥的SF6氣體，相鄰隔室的絕緣氣體完全隔絕。隔室的充氣及相應的試驗工作在賣方廠內完成，現場無須充氣。但考慮到海拔高程變化以及緩慢漏氣造成氣壓下降，有可能需要在現場充氣，組合開關柜面板上應有充氣和測量SF6氣壓的兩用接口，每次試驗前要使用專配的壓力表測量SF6氣體壓力，并另配專用充氣儲氣罐，可在現場充氣。

(3) 每一獨立的充氣隔室內均設置單獨的具有溫度補償功能的氣體壓力檢測裝置，當氣室內壓力低于最小工作壓力或高于壓力上限時，壓力檢測裝置提供相應的報警。同時應設置人工測量SF6氣體壓力的接口，以防誤報警。

(4) 氣體絕緣開關柜內安裝的斷路器為真空斷路器。斷路器上配有機械式計數器，用于合閘時計數，計數器安裝在斷路器面板上，斷路器面板上設有機械式合分閘狀態指示、彈簧儲能狀態指示、及手動合分閘按鈕。

(5) 低電壓穿越斷路器、三工位開關/隔離開關的操作機構安裝在低壓室內。三工位開

關和隔離開關正常為電動操作，打開低壓室門，可進行手動操作。三工位開關/隔離開關上設有機械式分合閘狀態指示。

(6) 氣體絕緣開關柜采用先進的插接技術，內部電場均勻，有較高的電氣絕緣性能。

六、參考標準：

GB/T19964-2012《光伏發電站接入電力系統技術規定》

DL/T****-2013《光伏發電站低電壓穿越能力檢測技術規程》

NB/T****-2013《光伏發電專用逆變器技術規范》

NB/T****-2013《風力發電機組低電壓穿越能力測試規程》

GB/T19963-2011《風電場接入電力系統技術規定》（2012年6月1日起實施）