【低電壓穿越控制策略概述6200字】

低電壓穿越控制策略概述目錄TOC\o"1-3"\h\u8461低電壓穿越控制策略概述 1212321.1電網電壓跌落原因及低電壓穿越技術要求 1268181.1.1電網電壓跌落原因 1153121.1.2低電壓穿越技術要求 2711.2低電壓穿越控制策略分析（處于對稱跌落狀態） 3185431.2.1對于低電壓的故障檢測分析 310241.2.2低電壓穿越控制策略分析（處于對稱跌落狀態） 3223091.3低電壓穿越控制策略分析（處于不對稱跌落狀態） 4180111.3.1正負序分離 441531.3.2低電壓穿越控制策略分析（處于不對稱跌落狀態） 5142891.4模擬仿真低電壓穿越 636831.1.1模擬仿真低電壓穿越（電網電壓處于對稱跌落狀態） 6194111.1.2模擬仿真低電壓穿越（電網單相電壓跌落的狀態下） 952471.5小結 10在電網運行的過程中如果電網內部的電壓突然下降，此時光伏發電系統依然可以在不脫離電網的情況下保持正常運行狀態，并且維持自身運行狀態直到故障的解決，這種能力就稱之為低電壓穿越。在這個過程中系統需要給電網提供一定的無功支撐。基于第3章的內容分析，通過多電平電流源型逆變器就可以針對光伏電站無功功率的輸出以及有功功率的輸出進行靈活調節，通過這種方式就可以讓電站對于電網提供一定的無功支撐。本章在第三章研究的基礎上，通過使用仿真模擬軟件對多電平電流源性光伏逆變器進行數學建模，并根據模型分析并研究其低電壓控制策略。1.1電網電壓跌落原因及低電壓穿越技術要求1.1.1電網電壓跌落原因在電力系統正常的運行過程中，出現的電網電壓跌落現象[35]，實際上是因為擾動或者故障導致的電網出現的某段時期內電壓下降，隨即又變為正常的現象。電網發生電壓跌落的主要起因，主要是系統中因為設備故障或者是天氣問題引起的，是比較常見的。比如在出現一些極端天氣狀況時可能會導致繼電保護裝置動作，主要的原因是因為極端天氣讓其中的塔桿上絕緣子閃絡放電，也有可能是因為極端天氣導致了其中線路對地放電。在一些雷雨季節，如果輸電線路沒有保護暴露在自然環境中，那么也有可能會因為累積而出現電壓跌落。其次，當電路中的某處發生短路等故障時，會導致整個電網中的電流產生波動，從而影響電壓的變化，產生電壓跌落。其中導致后果最為嚴重的是三相短路出現的電壓跌落。從發生的頻率來看，最有可能發生的是系統單相接地故障，所以對于目前系統運行來說，導致電壓跌落故障最重要的原因就是單相短路接地。最后，當有一些大負荷臨時啟動，也會造成電網系統出現跌落等問題。比如，當母線和大電機相互連接，如果大電機啟動，那么就勢必就會導致該母線出現顯著的跌落現象。也就是說，如果大電機設備處于全電壓的狀態下開啟，那么就會在電網系統里吸取額定電流的五至八倍電流值，此時的母線電壓會因為大電流流過阻抗而立刻產生跌落。還有一種情況是因為大容量參數的變壓器設備，如果將其應用到電力系統中運行，也會造成電力系統的跌落發生。1.1.2低電壓穿越技術要求光發電系統之所以要制定低電壓穿越標準，主要的目的是為了提升系統的抵御故障能力。目前中國對于低壓專業推出的標準主要有兩個，一個是《并網光伏發電專用逆變器技術條件》，還有一個是《光伏電站接入電力系統技術規定》，其中前者對發電站的零電壓穿越能力做了相關規定，而后者提出了要保證光伏發電所在的電網的穩定運行的具體要求，即通常情況下電網中發生電壓跌落時，除非故障一直持續，否則光伏發電不能脫網。由此，如果故障能夠快速恢復到正常的運行狀態，那么就可以確保光伏發電系統維持在穩定運行，提高電網系統的可靠性、安全性。具體的規定可以參考圖4-1。圖4-1低電壓穿越性能的技術標準規范Fig.4-1TechnicalStandardSpecificationforlowvoltageridethroughperformance當電力系統光伏發電內部的并網點，因為受到影響，發生的電壓跌落深度數據是百分之八十，那么這種情況下，其中的光伏發電系統維持并網正常時的時間參數值為T1，當電力系統中故障解除，此時的并網點電壓值就等于額定電壓參數值的0.9倍，此時的過程時長為T2。通常，按照T1是1秒，而T2是1.2低電壓穿越控制策略分析（處于對稱跌落狀態）1.2.1對于低電壓的故障檢測分析必須不斷對低電壓故障檢測技術進行改進和完善，以使得故障能夠被及時檢測，并及時對其進行維修。從而使電網獲得快速的無功支撐。對于各種精密的設備來說，如果電網發生了電壓跌落必然會影響其正常工作狀態，也許跌落的過程只維持了幾個周波，但是這種情況依然會對設備產生損害，并且還有可能會導致不可挽回的成本損失，所以在研究的過程中應該最大程度減小電壓跌落故障過程中存在的檢測時間。通過這種方式能夠很好地優化與完善光伏并網逆變器的響應低電壓故障速率。對于電壓跌落故障問題，檢測過程中將會基于網點電壓的幅值來進行分析，,從目前的情況來看主要包含三種方式可以對于幅值進行計算，通常采用的研究方法，包括了有效值計算法、正交坐標計算法以及電壓峰值檢測法。上述研究方法中，電壓峰值檢測法[36]使用較多，對于電力系統電壓峰值的計算，是基于半個周期范圍中找到極值的方式。該方法穩定性較弱，但是計算量低。而采取的正交坐標計算法[37]則是在計算電壓幅值的過程中，基于坐標d-q或者坐標α-β得到的，具體計算過程如下：Vamp=Vamp=但這種方法無法獲取各相的幅值信息。下面介紹有效值計算法[38]。其計算公式如下所示：Vrms=上述計算函數，電壓的周期參數用符號T表示，電壓有效值參數用符號Vrms表示。按照上述計算方式，就能夠得到最終的電壓有效值，并且這個計算得到的數據代表的是半個周期內的1.2.2低電壓穿越控制策略分析（處于對稱跌落狀態）如果電力系統出現了突發的電壓跌落現象，那么就需要一定的無功支撐作為補充。實際上，《規定》中要求，要對光伏發電系統所在的電網進行危險的預防和控制，光伏發電系統應該具有迅速向電網提供無功的功能，通過這種方式可以保證在電網發生故障的時候依然處于電壓穩定狀態。這種控制策略和第3章介紹的光伏逆變器存在一定的不同，在調解的過程中將會合理利用無功功率電流以及有功電流的參考值，通過這兩個數據讓三相電壓在電網跌落的過程中避免波動。具體情況可以參考下圖4-2。圖4-2處于對稱跌落狀態的低電壓穿越控制策略電路結構Fig.4-2Circuitstructureoflowvoltageridethroughcontrolstrategyinsymmetricaldropstate對于傳統的控制策略來說，采用電流指令計算方法進行目標控制的過程中，一方面需要確保其中的有功功率輸出，另外一方面需要需要讓其中逆變器輸出數據盡量提升，可以通過下面的計算公式進行分析：Isdref=通過上述計算可以得到相應的結果，但是這種計算方法也存在一定的弊端。因為在計算過程中，有功電流Isdref在系統出現了突發故障時，就會瞬間提高參數值。不僅如此，利用無功電流Isqref研究的過程中，沒有深入分析電力系統跌落深度的內容。基于以上分析，本文研究采取了一種更加完善的新型電流計算方式Isdref=在這個公式計算的過程中還加入了補償系數K，通過這個系數的加入可以讓其中的光伏逆變器具備一定的調節能力，保證具體的無功功率補償數據和實際情況保持一致。其中k取k=11.3低電壓穿越控制策略分析（處于不對稱跌落狀態）1.3.1正負序分離相比于電壓對稱電路故障，電網中出現不對稱丟了故障更加頻繁，比如其中的電網中單相接地以及工作過程中的兩相短路等都屬于不對稱故障。首先對于其中的電力系統運行過程進行判斷，需要確定其是否屬于三相不對稱狀態，如果屬于這種狀態，那么就可以確定其中使用的方法，研究過程中確定采用對稱分量法來對于其進行分析。利用這種方法可以對于每一個相的狀態進行分解，分解完成以后得到對應的分量，這些分量分別是零序、正序以及負序三種。如果想要詳細了解分解完成以后的具體情況可以通過圖4-3進行了解。（a）正序分量形式(b)負序分量形式(c)零序分量形式圖4-3正負零序分量形式Fig.4-3Formofpositiveandnegativezerosequencecomponents從圖中的分析來看，其中的V0a、V0b、V0c無論是幅值還是下面對于將a相作為基準值的情況進行分析，在這種情況下通過下面的公式可以對于對稱分量以及三相相量之間的關系。Va(p)式中a=ej120°，a2=ej240°,且有1+a+a2=0，Vb(p)對于上面的公式進行分析可以發現，其中的正序分量數據計算結果和系統保持正常工作狀態下的相序數據是一致的，并且分析得到的負序分量和其中的相序之間的關系和前者剛好相反，如果從零序分量的角度來進行分析，可以發現其中三個相位保持一致。1.3.2低電壓穿越控制策略分析（處于不對稱跌落狀態）實際上，在進行電網分析研究的時候，必然會遇到三相不對稱狀態情況，在這種情況下通常會選擇使用對稱分量法來進行研究，需要注意的是其中會遇到三種不同的序的分量，這些情況都會發生在不對稱跌落故障中，對于這篇論文的分析來說，其中并沒有零序電流回路。所以對于這篇論文選擇的無中線結構逆變器不需要對于零序分量進行考慮，在具體計算的過程中實際上是無需考慮到零序分量的作用的。為了進一步降低其中負序分量帶來的影響，這篇論文選擇使用負序電壓前饋法來進行處理[40]。對于這種方式，首先要進行負序分量的確定，其次反饋該分量，在該過程中，可以將負序分量以及移相控制信號保持一致，通過這種方式可以消除負序分量帶來的干擾。如果想要詳細了解其中控制策略的過程，可以參考下圖。圖4-4低電壓穿越控制方案（處于不對稱跌落狀態）Fig.4-4Lowvoltageridethroughcontrolscheme(inasymmetricalsagstate)對于上圖內容進行分析發現，這一方案是在前文所述的控制方案基礎上所做的優化和完善，將正負序分離模塊融入其中，通過這種方法可以有效消除相應的干擾和影響，具有很好的研究意義以及應用價值。1.4模擬仿真低電壓穿越本章節的研究內容是在前述內容的基礎上，基于三相電壓處于不對稱跌落以及對稱跌落的多種故障階段，從而獲得低電壓控制策略，這個策略可以應對多種故障，并且這個章節中還建立了相應的低電壓穿越模型，這個模型建立是基于PSCAD/EMTDC仿真平臺實現的。在這個過程中還使用軟件進行了相應的模擬仿真處理，通過模擬仿真的過程，能夠對于系統的策略是否滿足預期要求，是否具有足夠的準確性、可行性、可靠性以及安全性。1.1.1模擬仿真低電壓穿越（電網電壓處于對稱跌落狀態）在國家電網的相關技術標準規范中，就對于光伏發電系統進行了明確的要求，需要在并網點電壓跌落低于20%的階段，必須保證系統至少連續運行一秒，且不能脫離該電網。基于這項要求，對于仿真過程來說，使用的電網不再是原來的方案，而是選擇三個相位交流電壓來代替，并且三相之間相互大小相差120°，通過這種方式配置電源有利于對于三相電壓進行模擬，可以詳細的了解三個信息的變化，一個是相的幅值，一個是其相位，還有一個是這個過程中的頻率，并且能夠選擇故障發生持續的時間。還需要對于系統進行數學模型構建，這個過程需要通過仿真模擬軟件來實現。在紡織過程中需要選擇以下這些參數：首先需要確定其中的網側線電壓，這個數據選擇使用一萬伏，接著需要確定其中的變壓器容量，這個數據選擇使用1MVA，在仿真過程中使用的變比數據是10:0.3:0.33，光伏陣列額定功率為0.7MVA。具體情況可以參考圖4-5，其中的情況是將其中的并網點電壓設置為跌落故障，并且其中的跌落深度數據是80%，在這個過程中選擇使用對稱跌落情況的控制策略，詳細記錄圖4-5電力系統并網點中的"A"相電流電壓波形Fig.4-5Currentandvoltagewaveformsof"A"phaseinparallelnetworkofpowersystem通過對于上圖的波形情況進行研究和分析可以發現，電力系統并網點中的電壓跌落深度要達到數據百分之八十的情況，并且在這個過程中分析其中的并網點電流，判斷其中是否存在電流激增，通過這種方式就可以有效判斷設計的低壓穿越控制策略是否對于其中的并網點電流沖擊形成影響，使其受到了一定程度的抑制。在完成了電網故障的運維處理之后，就能夠快速恢復該位置的電流值，使其可以達到發生電壓跌落故障之前的參數值，該階段的網側電壓參數已經達到之前的水平，實現了低電壓穿越。對于圖4-6分析可以發現，圖中的內容實際上為并網點電流電壓形式的局部放大圖，通過這個圖可以詳細了解三相跌落故障瞬間的具體情況。由圖4-6中以看出，為了維持整個電網系統的穩定運行，逆變器應該向電網提供無功支撐，以保證系統在因為故障而發生低電壓穿越時所產生的波動。此時，在并網點內部的電流參數，就會由電網電壓一致的相位水平，發展至具有一定角度滯后的相位水平，這就產生了一個直流區間在并網電流中。圖4-6并網點電流電壓波形Fig.4-6Currentandvoltagewaveformsofparallelpoint下圖的波形，是將三相全橋電路Y接到多電平電流源型光伏逆變器設備電路中的中上部SLCR-CSC時，其內部組件主開關管在系統出現對稱跌落階段的波形情況。圖4-7三相全橋電路主開關管觸發脈沖的波形情況（發生故障瞬間）Fig.4-7Waveformoftriggerpulseofmainswitchinthreephasefullbridgecircuit對于上圖的波形，分析圖中的研究結果可以發現，如果將其中的Tgy2、Tgy3都設置為開通狀態，那么需要注意其中的具體的開通時間點，當處于斷開的情況和相跌落故障的瞬間，三開關管的觸發脈沖波形在參考圖4-8，其中包含來為逆變器輸出的兩種情況，一種是無功功率，一種是有功功率，這兩種情況設置的跌落深度都是百分之八十，針對具體的輸出情況進行來圖形繪制，分析圖中的數據信息可以發現光伏發電系統的工作過程，首先其中的光伏逆變器在這個過程中出現了無功功率下降的情況，其次這個光伏逆變器出現了有功功率上升的情況，前后者的變化分別為0.1MVA和0.6MVA左右，這在《條件》中規定的范圍之內。圖4-8逆變器輸出的無功與有功功率（處于故障期間）Fig.4-8Reactiveandactivepoweroutputbyinverter(duringfault)1.1.2模擬仿真低電壓穿越（電網單相電壓跌落的狀態下）在電網中，通過對于出現的所有不對稱情況進行分析，可以發現其中發生概率更高的是單相接地的情況，所以在這個章節的分析中將會創造的情景就是其中的A相發生單相接地短路故障，并且這個過程的分析結果通過圖4-9來進行展現。在這個過程中主要分析光伏發電系統在這種故障階段所表現的低電壓穿越狀態。在仿真的過程中，采用了三個交流受控電壓源，相互之間存在120°的相位差，按照80%的電壓跌落，持續總時長為0.2秒，處于1s時，系統出現了A相接地短路故障。圖4-9三相電流電壓波形（處于A相電壓跌落狀態）Fig.4-9Threephasecurrentand