50 MW光伏電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測技術(shù)研究

王維維，張光奎，朱志國

（1.中利騰暉共和新能源有限公司，青海共和 813099；2.北京京能國際控股有限公司西北分公司，寧夏銀川 750000）

1 50MW電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測技術(shù)介紹

光伏電站規(guī)模越來越大，對逆變器的要求也越來越高。高頻和高壓環(huán)境下的運行可能對逆變器產(chǎn)生一定的影響，因此，需進行相應的性能檢測。

50 MW 光伏電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測技術(shù)是為評估逆變器在高頻和高壓條件下的穩(wěn)定性和可靠性而開發(fā)的，逆變器作為電站中關(guān)鍵的組件之一，其性能的穩(wěn)定和可靠對電站的運行至關(guān)重要。

50 MW 光伏電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測技術(shù)主要包括頻率耐受能力試驗、低電壓穿越測試、高電壓穿越測試和高低壓連續(xù)穿越測試等方法。通過這些測試，可評估逆變器在不同頻率和電壓條件下的穩(wěn)定性和可靠性，從而為電站的正常運行提供保障。

逆變器的耐高頻耐高壓性能檢測對于電站的安全運行和長期穩(wěn)定性具有重要意義。通過該技術(shù)的應用，可及時發(fā)現(xiàn)和解決逆變器在高頻和高壓環(huán)境下可能出現(xiàn)的問題，提高電站的可靠性和經(jīng)濟性。

2 50MW光伏電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測內(nèi)容

2.1 頻率耐受能力試驗

頻率耐受能力試驗旨在模擬逆變器在高頻環(huán)境下的工作情況，通過改變輸入電源的頻率來觀察逆變器在不同頻率下的輸出效果和工作穩(wěn)定性，以評估其耐受能力。通過頻率耐受能力試驗，可判斷逆變器在不同頻率下的性能表現(xiàn)。如果逆變器能夠在不同頻率下保持穩(wěn)定的輸出效果，并且不會出現(xiàn)異常情況，說明其具備較好的頻率耐受能力。通過該試驗，可評估逆變器在高頻環(huán)境下的工作能力，為電站的運行提供參考依據(jù)。

2.2 低電壓穿越測試

在低電壓穿越測試中，通過逐漸降低輸入電壓，可觀察逆變器在低電壓條件下的輸出效果。同時，還可評估逆變器在低電壓環(huán)境下的響應速度，即逆變器的輸出能否及時調(diào)整以適應低電壓條件。通過對輸出效果和響應速度的評估，可判斷逆變器在低電壓環(huán)境下的穩(wěn)定性和可靠性。

2.3 高電壓穿越測試

在高電壓穿越測試中，通過逐漸增加輸入電壓，可觀察逆變器在高電壓條件下的輸出效果和電氣特性。同時，還可評估逆變器在高電壓環(huán)境下的耐受能力，即逆變器是否能夠穩(wěn)定工作并保持安全性。

2.4 高低壓連續(xù)穿越測試

高低壓連續(xù)穿越測試旨在模擬逆變器在高低電壓交替出現(xiàn)的工作環(huán)境，通過周期性改變輸入電壓來觀察逆變器的響應和穩(wěn)定性，以評估其在高低壓連續(xù)穿越下的性能和可靠性。

通過高低壓連續(xù)穿越測試，可判斷逆變器在高低電壓環(huán)境下的響應速度和穩(wěn)定性。如果逆變器能夠在高低電壓交替出現(xiàn)的情況下保持穩(wěn)定的輸出效果，并且能夠及時調(diào)整以適應電壓變化，說明其具備較好的性能和可靠性。

3 案例分析

3.1 案例背景

京能國際青海共和50 MW 電站地處青海省海南藏族自治州共和縣一塔拉光伏園區(qū)。電站共37個發(fā)電單元，其中5個單元（15號、18號、19號、32號、34號單元）配置10臺（每單元兩臺）上能EP-0630-A型集中式逆變器，其余32個單元（1～14號、16～17號、20～31號、33號、35～37號單元）配置華為SUN2000-125KTL-M5型組串式逆變器。

按照國網(wǎng)青海省電力調(diào)度控制中心的要求，現(xiàn)需對青海共和50 MW 電站兩種不同型號的逆變器進行頻率、電壓耐受能力等涉網(wǎng)性能檢測和評價，并出具合格的檢測評價報告。青海共和50 MW 光伏電站位于青海省海南藏族自治州共和縣城以南約25 km，G214國道東側(cè)的共和縣一塔拉灘光伏發(fā)電園區(qū)內(nèi)。

3.2 實施過程

3.2.1 頻率耐受能力試驗

京能國際青海共和50 MW 電站進行頻率耐受能力試驗時，需對逆變器進行檢測，以確認其在不同頻率范圍內(nèi)的耐受能力。具體的運行規(guī)定如下。

（1）并網(wǎng)點頻率值在49.5～50.5 Hz 時，逆變器應正常連續(xù)運行。

（2）當并網(wǎng)點頻率值在50.5～51.0 Hz 時，逆變器至少需持續(xù)運行3 min。

（3）當并網(wǎng)點頻率值在51.0～51.5 Hz 時，逆變器至少需持續(xù)運行10 s。

（4）當并網(wǎng)點頻率值超過51.5 Hz 時，逆變器至少需持續(xù)運行2 s。

為進行頻率耐受能力試驗，可通過改變并網(wǎng)點的頻率值，并觀察逆變器在不同頻率范圍內(nèi)的運行情況來實現(xiàn)。

（1）可將并網(wǎng)點頻率值設(shè)置在49.5～50.5 Hz，觀察逆變器是否能夠正常連續(xù)運行。

（2）可逐步增加并網(wǎng)點頻率值，分別設(shè)置在50.5～51.0 Hz、51.0～51.5 Hz 和超過51.5 Hz 的范圍內(nèi)，并觀察逆變器在每個頻率范圍內(nèi)的運行時間是否符合要求。

3.2.2 低電壓穿越測試

京能國際青海共和50 MW 電站需進行低電壓穿越測試，以確保其逆變器滿足《青海電網(wǎng)新能源發(fā)電技術(shù)要求》中的GB/T 37408—2019《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)要求》及GB/T 37409—2019《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器檢測技術(shù)規(guī)范》相關(guān)技術(shù)要求。

（1）根據(jù)要求，電站需提供動態(tài)無功電流來響應電網(wǎng)電壓的變化。當電站并網(wǎng)點的電壓低于低穿閾值時，光伏電站需根據(jù)以下公式提供動態(tài)無功電流增量ΔI段q_LVRT：

ΔI段q_LVRT≥K1×（ULV–UT）I段N（0.2 p.u.≤UT≤0.9 p.u.）

ΔI段q_LVRT≥1.05×I段N（UT＜0.2 p.u.）

ΔI段q_LVRT=0（UT＞0.9 p.u.）

式中，ULV為光伏電站的低穿閾值，取值為0.9 p.u.；UT為光伏電站并網(wǎng)點的電壓標幺值；K1為無功低穿電流系數(shù)，推薦取值為1.5；I段N為光伏電站的額定電流。

在電網(wǎng)電壓恢復后，動態(tài)無功電流應在10 ms 內(nèi)退出。

（2）電站在低穿過程中需優(yōu)先輸出無功電流，且在設(shè)備不過流的前提下，低穿期間的有功電流應維持故障前的值。有功低穿電流系數(shù)（K2）應為1，以實現(xiàn)全電流控制。

（3）故障恢復后，電站需以每秒3倍以上的額定功率變化率恢復至故障前的有功功率值，直到電壓恢復至低穿閾值ULV。

3.2.3 高電壓穿越測試

根據(jù)《附件：青海電網(wǎng)新能源發(fā)電技術(shù)要求》中的高電壓穿越技術(shù)要求，京能國際青海共和50 MW電站需滿足以下條件來進行高電壓穿越測試。

（1）確保逆變器型號符合要求。在進行高電壓穿越測試前，需確保電站所使用的逆變器型號能夠滿足要求，即無功高穿電流系數(shù)K3大于等于1.5。

（2）確定高穿閾值。根據(jù)要求，光伏電站的高穿閾值UHV取值為1.1 p.u.（標幺值），即當光伏電站并網(wǎng)點電壓高于1.1倍的額定電壓時，需啟動高電壓穿越保護。

（3）實時跟蹤并網(wǎng)點電壓變化。光伏電站需實時監(jiān)測并網(wǎng)點電壓的變化，并根據(jù)變化情況來吸收動態(tài)無功電流。動態(tài)無功電流增量ΔI段q_LVRT應根據(jù)公式：ΔI段T≤K3×（UHV–UT）I段N進行計算（其中，UT為光伏電站并網(wǎng)點電壓的標幺值，I段N為光伏電站的額定電流）。

（4）保持有功功率維持故障前的有功值。在進行高電壓穿越測試時，光伏電站需要確保源端（光伏電池）的功率充足，并保證設(shè)備不過流和無功低穿電流系數(shù)滿足要求的前提下，保持有功功率維持故障前的有功值。

3.2.4 高低壓連續(xù)穿越測試

京能國際青海共和50 MW 電站需進行高、低壓連續(xù)穿越測試，以確保其具備應對直流連續(xù)換相失敗引起的高、低電壓交替現(xiàn)象的能力。在測試過程中，電站需保持與電網(wǎng)的連接，并在低電壓穿越和高電壓穿越過程中滿足相關(guān)技術(shù)要求。具體來說，測試過程中，電站需能夠應對電網(wǎng)中可能出現(xiàn)的高、低電壓變化。在低電壓穿越測試中，電站需保持與電網(wǎng)的連接，并能夠穩(wěn)定運行，不脫離電網(wǎng)。而在高電壓穿越測試中，電站同樣需保持與電網(wǎng)的連接，并能夠穩(wěn)定運行。為確保電站具備高、低壓連續(xù)穿越能力，測試過程中需進行相關(guān)的技術(shù)要求檢測。

3.3 實施效果

3.3.1 頻率耐受能力試驗效果

京能國際青海共和50 MW 電站進行了頻率耐受能力試驗，試驗中調(diào)節(jié)電網(wǎng)模擬裝置，使得輸入箱變高壓側(cè)的交流電頻率從額定值階躍至不同的頻率，分別保持一定時間后恢復到額定值。試驗包括頻率從49.5～50.49 Hz、50.5～50.99 Hz、51.0～51.49 Hz 及階躍至51.5 Hz 的情況。記錄了逆變器的正常運行時間或脫網(wǎng)跳閘時間。

根據(jù)試驗結(jié)果，可分析京能國際青海共和50 MW電站的頻率耐受能力。在頻率從49.5～50.49 Hz時，逆變器能夠正常運行至少20 min。在頻率從50.5～50.99 Hz 時，逆變器能夠正常運行至少3 min。在頻率從51.0～51.49 Hz 時，逆變器能夠正常運行至少10 s。而當頻率階躍至51.5 Hz 時，逆變器的運行時間或脫網(wǎng)跳閘時間大于或等于2 s。

根據(jù)本次試驗結(jié)果顯示，京能國際青海共和50 MW 電站在不同頻率范圍內(nèi)的逆變器能夠正常運行一定時間，表明該電站的頻率耐受能力較好。

3.3.2 低電壓穿越測試效果

根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，京能國際青海共和50 MW 電站進行了低電壓穿越測試。測試中，數(shù)據(jù)采集儀連接在所測逆變器的交流側(cè)，根據(jù)不同的測試工況設(shè)置逆變器的有功功率和無功功率，并調(diào)節(jié)逆變器箱變高壓側(cè)進線電壓來實現(xiàn)不同的電壓跌落情況。在第1個測試工況中，逆變器設(shè)置有功功率為0.9 p.u.，無功功率為0.3 p.u.，通過調(diào)節(jié)進線電壓使得逆變器交流側(cè)母線電壓穩(wěn)定在1.0 p.u.，并記錄了逆變器交流側(cè)三相電壓、電流。然后，調(diào)節(jié)模擬源，使逆變器交流電壓跌落至0.2 p.u.，持續(xù)0.625 s，然后恢復電壓，直至逆變器穩(wěn)定運行。

類似地，根據(jù)其他測試工況的要求，重復上述過程進行低電壓穿越測試。不同的測試工況包括逆變器有功功率、無功功率的不同設(shè)置，以及不同的電壓跌落情況和持續(xù)時間。

3.3.3 高電壓穿越測試效果

根據(jù)提供的數(shù)據(jù)，京能國際青海共和50 MW 電站進行了高電壓穿越測試。測試中，根據(jù)不同的測試工況設(shè)置逆變器的有功功率和無功功率，并調(diào)節(jié)逆變器箱變高壓側(cè)進線電壓來實現(xiàn)不同的電壓抬升情況。在第1個測試工況中，逆變器設(shè)置有功功率為0.7 p.u.，無功功率為0.1 p.u.，通過調(diào)節(jié)進線電壓使得逆變器交流側(cè)母線電壓穩(wěn)定在1.0 p.u.，并記錄了逆變器交流側(cè)三相電壓、電流。然后，調(diào)節(jié)電網(wǎng)模擬源，使逆變器交流電壓抬高至1.15 p.u.，持續(xù)10 s，然后恢復電壓，直至逆變器穩(wěn)定運行。類似地，根據(jù)其他測試工況的要求，重復上述過程進行高電壓穿越測試。不同的測試工況包括逆變器有功功率、無功功率的不同設(shè)置，以及不同的電壓抬升情況和持續(xù)時間。

通過進行高電壓穿越測試，可評估京能國際青海共和50 MW 電站逆變器在不同工況下的穩(wěn)定性和響應能力。通過記錄逆變器交流側(cè)三相電壓、電流的變化，可分析電站在面對高電壓穿越時的表現(xiàn)和效果。

3.3.4 高低壓連續(xù)穿越測試效果

根據(jù)所提供的信息，京能國際青海共和50 MW電站進行了高、低壓連續(xù)穿越測試。測試中，逆變器被設(shè)置為有功功率0.7 p.u.和無功功率0.1 p.u.的狀態(tài)，并通過調(diào)節(jié)被測逆變器箱變高壓側(cè)進線電壓，使得逆變器交流測母線電壓為1.0 p.u.。在穩(wěn)定運行2 s 后，通過調(diào)節(jié)電網(wǎng)模擬源，記錄了逆變器交流側(cè)三相電壓和電流的數(shù)據(jù)。基于以上測試結(jié)果，可對京能國際青海共和50 MW 電站的高、低壓連續(xù)穿越測試效果進行分析。通過記錄的交流側(cè)三相電壓和電流數(shù)據(jù)，可評估逆變器在不同電網(wǎng)條件下的運行性能和穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

文章介紹了50 MW 電站逆變器耐高頻耐高壓性能檢測技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。經(jīng)過實施，發(fā)現(xiàn)該技術(shù)能夠有效提高逆變器的耐高頻耐高壓性能，進一步提升電站的可靠性和穩(wěn)定性。然而，盡管取得了一定的研究成果，但仍存在一些局限性和問題需進一步研究和改進。在未來的工作中，將繼續(xù)深入探索該技術(shù)，以進一步提高電站逆變器的性能，為電力行業(yè)的發(fā)展作出更大的貢獻。