光伏并网逆变器低电压穿越技术研究附Simulink仿真
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🔥 内容介绍
一、引言
随着光伏发电在全球能源结构中所占比例的不断增加，光伏并网系统的稳定性和可靠性成为关键问题。当电网出现电压暂降等故障时，光伏并网逆变器若不能有效应对，可能导致大规模光伏电站脱网，对电网的安全稳定运行造成严重影响。低电压穿越（LVRT）技术旨在确保光伏并网逆变器在电网电压跌落期间能够维持并网运行，并向电网提供一定的无功支持，从而增强电网的稳定性。本文将深入探讨光伏并网逆变器的低电压穿越技术。
二、低电压穿越技术的重要性
- 电网稳定性需求
：现代电网中，光伏发电的大规模接入改变了电网的电源结构。当电网发生故障导致电压跌落时，如果光伏逆变器立即脱网，会使电网失去部分电源支撑，进一步加剧电网电压的恶化，甚至引发连锁反应，导致大面积停电事故。因此，光伏逆变器具备低电压穿越能力，有助于维持电网的稳定性，保障电力系统的可靠运行。
- 政策与标准推动
：为了规范光伏电站的接入行为，各国纷纷制定了相关的电网接入标准和政策，明确要求光伏并网逆变器必须具备一定的低电压穿越能力。例如，在我国，光伏电站应能在电网电压跌至 20% 额定电压时，维持并网运行 625ms，这就促使光伏逆变器制造商研发和应用有效的低电压穿越技术，以满足政策和标准的要求。
三、光伏并网逆变器低电压穿越面临的挑战
- 过流问题
：在电网电压跌落时，由于光伏阵列的输出功率不能迅速调整，而逆变器的输出电压降低，根据功率平衡关系，逆变器的输出电流会急剧增大。过大的电流可能会损坏逆变器的功率器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGBT），导致逆变器故障。
- 直流母线电压波动
：电压跌落期间，光伏阵列的输出功率变化以及逆变器输出电流的波动，会引起直流母线电压的大幅波动。若直流母线电压失控，可能超出逆变器的正常工作范围，影响逆变器的稳定运行。
- 无功功率支撑能力要求
：为了帮助电网恢复电压，光伏逆变器在低电压穿越过程中需要向电网提供无功功率。然而，传统的光伏逆变器通常主要关注有功功率的输出，要实现有效的无功功率支撑，需要对逆变器的控制策略进行改进和优化。
四、光伏并网逆变器低电压穿越技术实现方案
- 硬件改进措施
- 增加硬件保护电路
：在逆变器的电路设计中，加入过流保护电路和直流母线电压稳压电路。过流保护电路可以在电流超过设定阈值时，迅速采取限流措施，如封锁 IGBT 的驱动信号，防止功率器件因过流而损坏。直流母线电压稳压电路则通过控制电容的充放电，稳定直流母线电压，确保逆变器的正常工作。
- 采用动态无功补偿装置
：为了增强逆变器的无功功率支撑能力，可以在光伏电站中配备动态无功补偿装置，如静止无功发生器（SVG）。SVG 能够快速响应电网电压变化，向电网注入或吸收无功功率，辅助光伏逆变器实现低电压穿越过程中的无功支撑。
- 增加硬件保护电路
- 控制策略优化
- 基于功率解耦的控制策略
：通过对逆变器输出的有功功率和无功功率进行解耦控制，在电压跌落期间，优先调整有功功率输出，使其与电网电压跌落程度相匹配，避免过大的电流冲击。同时，根据电网需求，灵活控制无功功率的输出，向电网提供必要的无功支持。例如，采用双闭环控制结构，外环为功率环，内环为电流环，通过调节电流内环的参考值，实现有功和无功功率的解耦控制。
- 虚拟同步机控制策略
：模拟同步发电机的运行特性，使光伏逆变器具备惯性和阻尼特性。在电压跌落时，虚拟同步机控制策略能够使逆变器像同步发电机一样，自动调整输出功率，增强系统的稳定性。此外，该策略还可以提高逆变器的无功功率支撑能力，更好地满足电网对低电压穿越的要求。
- 基于功率解耦的控制策略
⛳️ 运行结果
🔗 参考文献
[1]王京保,曾国宏,荆龙,et al.光伏并网逆变器及其低电压穿越技术[J].低压电器, 2012(17):26-30.DOI:10.3969/j.issn.1001-5531.2012.17.006.
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