光伏逆變器的短路特性分析

程梓琨

摘要：本文分析課題討論一種并網(wǎng)小型光伏電站仿真短路能源電流計算輸出特性，提出一種并網(wǎng)小型光伏電站仿真短路電流計算結果等效虛擬模型，并基于一個digsilentu的仿真計算平臺，結合國際實例對電站短路電流計算結果模型進行仿真對比比較分析，驗證了該短路電流計算等效模型的準確有效性。結果表明，區(qū)別于目前的電源，基于光伏逆變發(fā)電技術的光伏發(fā)電裝置的短路穩(wěn)壓電流飽和輸出特性主要特點取決于光伏逆變器短路電流輸出飽和控制模塊的電流限值。

關鍵詞：光伏并網(wǎng)模型光伏電站;等效短路模型計算：等效短路模型

引言：以光伏為代表的清潔能源開發(fā)利用已經(jīng)日益成為社會各界關注的焦點。在我國清潔能源的開發(fā)采用“大規(guī)模集中式開發(fā)遠距離輸送"和“分布式開發(fā)就地消納"并舉的種模式。其中分布式并網(wǎng)光伏電站的建設和運營在滿足本地的供電負荷和可靠性需求，節(jié)能減排等方面具有重要的積極意義。但是，分布式并網(wǎng)光伏電站的接入在改變電網(wǎng)原有拓撲結構和潮流方向的同時，也給電網(wǎng)帶來了負面的影響，主要體現(xiàn)在規(guī)劃設計，電能質量、運行控制、安全保護、配電自動化、電能交易等方面。

一、光伏逆變器的短路特性分析與計算

以光伏為主要代表的清潔利用能源開發(fā)綜合利用已經(jīng)日益深入成為我國社會各界密切關注的一個焦點。光伏系統(tǒng)的短路故障特性主要取決于其控制方式的特點，為了保證在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時的短路電流不超過逆變器的限定值，一般會在控制回路中的電流內(nèi)環(huán)加入飽和模塊。當發(fā)生故障時，內(nèi)環(huán)參考電流將受到限制，通過設置飽和模塊的上限，從而使得故障電流限制在允許得范圍內(nèi)，一般短路電流限制在額定電流得 1.2～1.5 倍。當飽和模塊失效時，雙環(huán)控制系統(tǒng)得外環(huán)控制會失效，系統(tǒng)變?yōu)榧冸娏骺刂?。在目前我國，清潔利用能源的綜合開發(fā)主要采用"大規(guī)模集中式開發(fā)，遠距離輸送"和"分布式開發(fā)，就地消納"多措并舉2種開發(fā)模式。其中分布式光伏并網(wǎng)大型光伏電站的開工建設和投入運營在有效滿足本地的光伏供電系統(tǒng)負荷和電網(wǎng)可靠性提高需求，節(jié)能低碳減排等各個方面也都具有重要的積極意義。

光伏電站等效短路計算模型

光伏逆變器的短路故障特征主要有：①無論何種類型故障，逆變器的輸出功率方向能正確反映故障特征;②故障過程中存在較短的過渡過程，該過程中存在一定的諧波分量;③過渡過程中的時間以及峰值的影響因素很多，包括直流側電容、功率外環(huán)參數(shù)、輸入功率大小等;①在電網(wǎng)對稱和不對稱的故障情況下，逆變器均只輸出正序電流，沒有零序和負序電流。故障過程中，無論是單相故障、兩相故障或者三相故障，三相電流差別不大，無法通過電流選擇故障相別;⑤由于逆變器中限幅作用的影響，無法通過電流大小來區(qū)別故障發(fā)生的遠近。光伏電站主要為逆流閥變型分布式光伏電源。

在此刻此時起，電壓電流外環(huán)的驅動反饋控制回路將被完全破壞，雙環(huán)中的控制反饋回路也將變成了單獨的。當電流外環(huán)控制反饋回路，其進入?yún)⒖级说碾娏鲗⒆優(yōu)橐粋€不穩(wěn)定值。

二、光伏逆變器短路電流3次諧波及其對保護的影響分析

在直流變壓器中的差動電流保護中，電流飽和互感器電壓飽和保護是必須并且要充分考慮的特殊保護問題。變壓器區(qū)外短路故障時，如果發(fā)生短路差動電流頻率過大，則容易直接造成短路電流通過互感器短路飽和，使得短路電流通過互感器二次側的短路電流產(chǎn)生波形從而出現(xiàn)短路畸變，產(chǎn)生短路差流，可能直接引起短路差動電流保護的誤動作。為了有效防止電源變壓器上的區(qū)內(nèi)電流故障因為時差和制動特性保護被誤觸或閉鎖，從而導致區(qū)內(nèi)故障不能及時切除，目前電子工程技術應用中一般的諧波處理故障方法主要是：分別設置高、低2種不同斜向頻率的中高比率電流制動保護特性，當區(qū)內(nèi)諧波閉鎖判據(jù)不能滿足時，閉鎖依靠低值和高比率電流差動特性保護，依靠具有抗電流飽和干擾能力更強的高電壓值和低比率電流差動特性保護才能切除區(qū)內(nèi)故障。在這類傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中，使得高壓低值和大比率高壓差動電流保護閉鎖的主要諧波因素為電流電壓互感器即在飽和時所產(chǎn)生，而由于電流電壓互感器在飽和時電流短路動作電流必然很大，所以故障區(qū)內(nèi)短路故障區(qū)的電流電壓互感器在飽和時仍然具有很大的電流動作短路電流，高壓低值和大比率高壓差動電流保護閉鎖能可靠利用動作電流切除短路故障。但在光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)中，閉鎖高于低值差動比率低的差動電流保護的三次短路諧波并不一定由大電流差動互感器供電飽和故障造成，而且由于受光伏逆變器動作限幅增大的影響，光伏側同時提供的三次短路保護電流很小，如果切斷聯(lián)絡線時間較長或者供電系統(tǒng)較弱，則系統(tǒng)側同時提供的三次短路保護電流也不大，此時每當發(fā)生光伏變壓器保護區(qū)內(nèi)供電故障時，將可能造成保護區(qū)內(nèi)所有故障電源無法及時切除，威脅影響到光伏變壓器供電設備的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運行。為了有效解決上述技術問題，可以從電源逆變器技術控制、保護技術判據(jù)兩兩個方面入手提出一套相應的技術應對實施策略。

基波保護角的判據(jù)技術方面，由于現(xiàn)在電流短路互感器在嚴重飽和時，電流短路互感器的二次短路電流仍然具有較大的基波分量，而由于電流短路互感器嚴重飽和時，二次波的電流短路波形可能會因此出現(xiàn)明顯的基波間斷性偏角;而光伏光電逆變器用戶提供的電流短路二次電流基波幅值一般不會小于2倍額定值，也不會因此出現(xiàn)明顯間斷性的角。

結束語：

在今后的配網(wǎng)建設規(guī)劃中應進一步加大主、配網(wǎng)之間，以及與地方城市建設規(guī)劃的有效銜接力度加強配網(wǎng)的網(wǎng)架結構研究和建設，試點開展電纜旁路作業(yè)減少檢修停電范圍;根據(jù)國網(wǎng)公司要求探討配網(wǎng)狀態(tài)檢修，制定實施方案;深化配電自動化實用化應用，提升自動化和智能化水平繼續(xù)提高城市供電可靠性。

參考文獻

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