光伏并网系统故障穿越稳定性研究

马海程

摘要：本文主要介绍并网光伏发电现状和并网光伏发电系统的形式及运行特点，研究并网光伏发电系统的接入及计量方法，探讨并网光伏发电系统与智能电网的关系，并对并网光伏发电系统发展过程中存在问题提出相应建议。

关键词：并网、光伏发电、故障穿越控制

1引言

近几年来并网光伏发电系统逐渐成为光伏技术的研究热点，随着光伏发电系统的性价比提高，其应用范围越来越广，其在电力系统中的渗透率也在不断增加，但是光伏发电系统仍面临着许多技术问题，所以为了保证电网的安全稳定运行，建立友好型的光伏电站是目前光伏行业可持续发展的重要研究课题之一。

2电网故障对光伏系统稳定的影响

由于光伏发电具有波动性和间歇性，因此大规模光伏电站的并网运行会对电力系统的电压水平、短路水平、系统稳定性、调峰调频、系统备用容量、电能质量等产生不同程度的影响。这将严重影响电网和光伏并网系统的安全稳定运行。

（1）对电网电压水平的影响

由于光伏发电电站往往位于经济并不发达区域，距离经济发达的用电主要负荷中心较远，需要远距离输送。当光伏电站发出有功功率较大时，远距离输送会造成线路压降过大，局部电网的稳定性受到影响，稳定裕度降低。

（2）对电网短路电流水平的影响

目前光伏并网电站逆变器均是采用电流源控制模式。在该种控制模式下，光伏电站附近母线节点的短路容量在光伏电站发电与不发电时相差较大，光伏电站对附近节点短路电流有很大贡献且提供的短路电流主要是有功分量，其大小主要取决于故障前的有功功率和故障期间逆变器交流侧的母线电压。

（3）对电网电能质量的影响

由于光伏发电具有波动性和间歇性的特点，导致并网光伏电站的输出功率波动，从而引起电网电压波动和闪变等电能质量问题；而光伏电站中大量使用的电力电子变频设备则会带来谐波问题。

（4）对电网稳定性的影响

当电网中光伏发电的穿透功率较大时，光伏发电的接入将会对电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量产生影响。因此，大规模光伏发电接入电网后，电网的暂态稳定性及频率稳定性都会发生变化。

（5）对电网调度运行及电网备用容量的影响

由于地区负荷特性往往与光伏发电出力特性不一致，导致大规模光伏发电接入后往往会增加电网调度的难度，需要电网留有更多的备用电源和调峰调频容量，这将给电网带来附加的经济投入，增加电网的运行费用。

3光伏并网发电系统故障穿越控制技术研究现状

目前，相比于风电系统，光伏并网系统的装机容量较小，研究重点主要集中于风电系统低电压穿越控制技术，对于光伏并网系统的故障穿越控制技术的研究相对较少，但是随着光伏并网技术上的不断创新和突破，光伏并网系统装机容量不断增加，光伏并网系统的故障穿越控制技术逐渐成为研究的重要内容之一。

光伏发电并网系统故障穿越控制技术的研究内容主要涵盖电网电压跌落检测技术、电网电压对称性跌落时光伏并网逆变器低电压穿越控制技术、电网电压不平衡时光伏并网逆变器不平衡控制技术以及光伏电池输出功率波动时基于储能技术的光伏并网发电系统抑制并网功率波动的控制技术。上述技术研究一般可通过理论分析、仿真研究、实验研究来完成。

4光伏并网发电系统故障穿越控制技术研究难点

光伏并网发电系统故障穿越控制关系到电网和光伏并网系统自身的安全和稳定运行，研究高效的故障穿越控制策略显得尤为重要。光伏系统故障穿越控制技术是在光伏并网逆变器控制技术的研究基础之上对光伏并网逆变器的控制进行完善，主要包括故障检测技术和光伏并网逆变器故障穿越控制技术。

在故障检测技术环节，电网电压跌落故障时，逆变器控制系统必须快速、准确的检测出电网电压跌落时刻、幅度和相位，在电网发生三相电压不平衡故障时，逆变器控制系统必须准确检测出电网电压的正、负序分量。

在控制环节上，电网电压对称性跌落时，逆变器控制系统必须在保持并网的同时保证变流器不能处于过流状态，逆变器直流侧不能过压，光伏电池功率最大跟踪必须协调和配合系统的故障穿越控制;否则，光伏逆变器一旦进入过流或直流侧过压保护状态，光伏并网系统因过流或过压保护而脱离电网，导致光伏系统故障穿越失败;电网电压跌落故障往往以单相电压跌落为主，此时电网进入三相电压不平衡状态，光伏并网逆变器必须克服电网电压不平衡并继续保持正常的并网运行，抑制因电网电压不平衡导致的并网逆变器直流侧电压2次谐波、并网电流畸变和变流器三相电流不对称等问题；光伏电池的输出功率具有随机性和间歇性，这导致光伏并网逆变器并网功率波动、输出电能品质变差，影响电网的稳定运行，为抑制光伏逆变器并网功率波动，光伏并网系统可配备储能设备(如超级电容、蓄电池等)，逆变器控制系统必须协调控制储能设备与光伏并网系统的功率交换以及光伏电池的最大功率跟踪，以上研究内容均属于光伏并网系统故障穿越控制技术的研究范畴，同时也是光伏并网系统故障穿越控制技术的研究难点。

光伏并网系统故障穿越控制技术的故障检测算法和控制算法都较常规光伏逆变器控制算法更为复杂，其计算量大幅增加，如何优化具有故障穿越功能的光伏系统的控制算法、设计出高速稳定的硬件系统也是光伏并网系统故障穿越控制的研究难点。随着微电子技术和计算机技术的高速发展，特别是高性能数字信号处理器和高压大电流电力电子开关器件的发展，为具有故障穿越功能的光伏并网逆变器及其控制系统得以成功实现提供了现实土壤。

5结语

综上所述，通过对并网光伏发电对电网稳定性的影响分析，阐述了光伏并网发电系统故障穿越控制技术现状和技术难点，为将来光伏并网发电系统故障控制技术的研究提供了借鉴。

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