【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(wǎng)電壓跌落原因及低電壓穿越技術(shù)要求 1268181.1.1電網(wǎng)電壓跌落原因 1153121.1.2低電壓穿越技術(shù)要求 2711.2低電壓穿越控制策略分析（處于對(duì)稱跌落狀態(tài)） 3185431.2.1對(duì)于低電壓的故障檢測(cè)分析 310241.2.2低電壓穿越控制策略分析（處于對(duì)稱跌落狀態(tài)） 3223091.3低電壓穿越控制策略分析（處于不對(duì)稱跌落狀態(tài)） 4180111.3.1正負(fù)序分離 441531.3.2低電壓穿越控制策略分析（處于不對(duì)稱跌落狀態(tài)） 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(wǎng)電壓處于對(duì)稱跌落狀態(tài)） 6194111.1.2模擬仿真低電壓穿越（電網(wǎng)單相電壓跌落的狀態(tài)下） 952471.5小結(jié) 10在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中如果電網(wǎng)內(nèi)部的電壓突然下降，此時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)依然可以在不脫離電網(wǎng)的情況下保持正常運(yùn)行狀態(tài)，并且維持自身運(yùn)行狀態(tài)直到故障的解決，這種能力就稱之為低電壓穿越。在這個(gè)過程中系統(tǒng)需要給電網(wǎng)提供一定的無功支撐。基于第3章的內(nèi)容分析，通過多電平電流源型逆變器就可以針對(duì)光伏電站無功功率的輸出以及有功功率的輸出進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，通過這種方式就可以讓電站對(duì)于電網(wǎng)提供一定的無功支撐。本章在第三章研究的基礎(chǔ)上，通過使用仿真模擬軟件對(duì)多電平電流源性光伏逆變器進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并根據(jù)模型分析并研究其低電壓控制策略。1.1電網(wǎng)電壓跌落原因及低電壓穿越技術(shù)要求1.1.1電網(wǎng)電壓跌落原因在電力系統(tǒng)正常的運(yùn)行過程中，出現(xiàn)的電網(wǎng)電壓跌落現(xiàn)象[35]，實(shí)際上是因?yàn)閿_動(dòng)或者故障導(dǎo)致的電網(wǎng)出現(xiàn)的某段時(shí)期內(nèi)電壓下降，隨即又變?yōu)檎５默F(xiàn)象。電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落的主要起因，主要是系統(tǒng)中因?yàn)樵O(shè)備故障或者是天氣問題引起的，是比較常見的。比如在出現(xiàn)一些極端天氣狀況時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，主要的原因是因?yàn)闃O端天氣讓其中的塔桿上絕緣子閃絡(luò)放電，也有可能是因?yàn)闃O端天氣導(dǎo)致了其中線路對(duì)地放電。在一些雷雨季節(jié)，如果輸電線路沒有保護(hù)暴露在自然環(huán)境中，那么也有可能會(huì)因?yàn)槔鄯e而出現(xiàn)電壓跌落。其次，當(dāng)電路中的某處發(fā)生短路等故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)中的電流產(chǎn)生波動(dòng)，從而影響電壓的變化，產(chǎn)生電壓跌落。其中導(dǎo)致后果最為嚴(yán)重的是三相短路出現(xiàn)的電壓跌落。從發(fā)生的頻率來看，最有可能發(fā)生的是系統(tǒng)單相接地故障，所以對(duì)于目前系統(tǒng)運(yùn)行來說，導(dǎo)致電壓跌落故障最重要的原因就是單相短路接地。最后，當(dāng)有一些大負(fù)荷臨時(shí)啟動(dòng)，也會(huì)造成電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)跌落等問題。比如，當(dāng)母線和大電機(jī)相互連接，如果大電機(jī)啟動(dòng)，那么就勢(shì)必就會(huì)導(dǎo)致該母線出現(xiàn)顯著的跌落現(xiàn)象。也就是說，如果大電機(jī)設(shè)備處于全電壓的狀態(tài)下開啟，那么就會(huì)在電網(wǎng)系統(tǒng)里吸取額定電流的五至八倍電流值，此時(shí)的母線電壓會(huì)因?yàn)榇箅娏髁鬟^阻抗而立刻產(chǎn)生跌落。還有一種情況是因?yàn)榇笕萘繀?shù)的變壓器設(shè)備，如果將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)中運(yùn)行，也會(huì)造成電力系統(tǒng)的跌落發(fā)生。1.1.2低電壓穿越技術(shù)要求光發(fā)電系統(tǒng)之所以要制定低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)，主要的目的是為了提升系統(tǒng)的抵御故障能力。目前中國對(duì)于低壓專業(yè)推出的標(biāo)準(zhǔn)主要有兩個(gè)，一個(gè)是《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)條件》，還有一個(gè)是《光伏電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，其中前者對(duì)發(fā)電站的零電壓穿越能力做了相關(guān)規(guī)定，而后者提出了要保證光伏發(fā)電所在的電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行的具體要求，即通常情況下電網(wǎng)中發(fā)生電壓跌落時(shí)，除非故障一直持續(xù)，否則光伏發(fā)電不能脫網(wǎng)。由此，如果故障能夠快速恢復(fù)到正常的運(yùn)行狀態(tài)，那么就可以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)維持在穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性、安全性。具體的規(guī)定可以參考圖4-1。圖4-1低電壓穿越性能的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范Fig.4-1TechnicalStandardSpecificationforlowvoltageridethroughperformance當(dāng)電力系統(tǒng)光伏發(fā)電內(nèi)部的并網(wǎng)點(diǎn)，因?yàn)槭艿接绊懀l(fā)生的電壓跌落深度數(shù)據(jù)是百分之八十，那么這種情況下，其中的光伏發(fā)電系統(tǒng)維持并網(wǎng)正常時(shí)的時(shí)間參數(shù)值為T1，當(dāng)電力系統(tǒng)中故障解除，此時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓值就等于額定電壓參數(shù)值的0.9倍，此時(shí)的過程時(shí)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(duì)稱跌落狀態(tài)）1.2.1對(duì)于低電壓的故障檢測(cè)分析必須不斷對(duì)低電壓故障檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和完善，以使得故障能夠被及時(shí)檢測(cè)，并及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維修。從而使電網(wǎng)獲得快速的無功支撐。對(duì)于各種精密的設(shè)備來說，如果電網(wǎng)發(fā)生了電壓跌落必然會(huì)影響其正常工作狀態(tài)，也許跌落的過程只維持了幾個(gè)周波，但是這種情況依然會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損害，并且還有可能會(huì)導(dǎo)致不可挽回的成本損失，所以在研究的過程中應(yīng)該最大程度減小電壓跌落故障過程中存在的檢測(cè)時(shí)間。通過這種方式能夠很好地優(yōu)化與完善光伏并網(wǎng)逆變器的響應(yīng)低電壓故障速率。對(duì)于電壓跌落故障問題，檢測(cè)過程中將會(huì)基于網(wǎng)點(diǎn)電壓的幅值來進(jìn)行分析，,從目前的情況來看主要包含三種方式可以對(duì)于幅值進(jìn)行計(jì)算，通常采用的研究方法，包括了有效值計(jì)算法、正交坐標(biāo)計(jì)算法以及電壓峰值檢測(cè)法。上述研究方法中，電壓峰值檢測(cè)法[36]使用較多，對(duì)于電力系統(tǒng)電壓峰值的計(jì)算，是基于半個(gè)周期范圍中找到極值的方式。該方法穩(wěn)定性較弱，但是計(jì)算量低。而采取的正交坐標(biāo)計(jì)算法[37]則是在計(jì)算電壓幅值的過程中，基于坐標(biāo)d-q或者坐標(biāo)α-β得到的，具體計(jì)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(jì)算法[38]。其計(jì)算公式如下所示：Vrms=上述計(jì)算函數(shù)，電壓的周期參數(shù)用符號(hào)T表示，電壓有效值參數(shù)用符號(hào)Vrms表示。按照上述計(jì)算方式，就能夠得到最終的電壓有效值，并且這個(gè)計(jì)算得到的數(shù)據(jù)代表的是半個(gè)周期內(nèi)的1.2.2低電壓穿越控制策略分析（處于對(duì)稱跌落狀態(tài)）如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)了突發(fā)的電壓跌落現(xiàn)象，那么就需要一定的無功支撐作為補(bǔ)充。實(shí)際上，《規(guī)定》中要求，要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)所在的電網(wǎng)進(jìn)行危險(xiǎn)的預(yù)防和控制，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)該具有迅速向電網(wǎng)提供無功的功能，通過這種方式可以保證在電網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí)候依然處于電壓穩(wěn)定狀態(tài)。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(diào)解的過程中將會(huì)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(gè)數(shù)據(jù)讓三相電壓在電網(wǎng)跌落的過程中避免波動(dòng)。具體情況可以參考下圖4-2。圖4-2處于對(duì)稱跌落狀態(tài)的低電壓穿越控制策略電路結(jié)構(gòu)Fig.4-2Circuitstructureoflowvoltageridethroughcontrolstrategyinsymmetricaldropstate對(duì)于傳統(tǒng)的控制策略來說，采用電流指令計(jì)算方法進(jìn)行目標(biāo)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(shù)據(jù)盡量提升，可以通過下面的計(jì)算公式進(jìn)行分析：Isdref=通過上述計(jì)算可以得到相應(yīng)的結(jié)果，但是這種計(jì)算方法也存在一定的弊端。因?yàn)樵谟?jì)算過程中，有功電流Isdref在系統(tǒng)出現(xiàn)了突發(fā)故障時(shí)，就會(huì)瞬間提高參數(shù)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(tǒng)跌落深度的內(nèi)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(jì)算方式Isdref=在這個(gè)公式計(jì)算的過程中還加入了補(bǔ)償系數(shù)K，通過這個(gè)系數(shù)的加入可以讓其中的光伏逆變器具備一定的調(diào)節(jié)能力，保證具體的無功功率補(bǔ)償數(shù)據(jù)和實(shí)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(duì)稱跌落狀態(tài)）1.3.1正負(fù)序分離相比于電壓對(duì)稱電路故障，電網(wǎng)中出現(xiàn)不對(duì)稱丟了故障更加頻繁，比如其中的電網(wǎng)中單相接地以及工作過程中的兩相短路等都屬于不對(duì)稱故障。首先對(duì)于其中的電力系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行判斷，需要確定其是否屬于三相不對(duì)稱狀態(tài)，如果屬于這種狀態(tài)，那么就可以確定其中使用的方法，研究過程中確定采用對(duì)稱分量法來對(duì)于其進(jìn)行分析。利用這種方法可以對(duì)于每一個(gè)相的狀態(tài)進(jìn)行分解，分解完成以后得到對(duì)應(yīng)的分量，這些分量分別是零序、正序以及負(fù)序三種。如果想要詳細(xì)了解分解完成以后的具體情況可以通過圖4-3進(jìn)行了解。（a）正序分量形式(b)負(fù)序分量形式(c)零序分量形式圖4-3正負(fù)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(duì)于將a相作為基準(zhǔn)值的情況進(jìn)行分析，在這種情況下通過下面的公式可以對(duì)于對(duì)稱分量以及三相相量之間的關(guān)系。Va(p)式中a=ej120°，a2=ej240°,且有1+a+a2=0，Vb(p)對(duì)于上面的公式進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，其中的正序分量數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果和系統(tǒng)保持正常工作狀態(tài)下的相序數(shù)據(jù)是一致的，并且分析得到的負(fù)序分量和其中的相序之間的關(guān)系和前者剛好相反，如果從零序分量的角度來進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其中三個(gè)相位保持一致。1.3.2低電壓穿越控制策略分析（處于不對(duì)稱跌落狀態(tài)）實(shí)際上，在進(jìn)行電網(wǎng)分析研究的時(shí)候，必然會(huì)遇到三相不對(duì)稱狀態(tài)情況，在這種情況下通常會(huì)選擇使用對(duì)稱分量法來進(jìn)行研究，需要注意的是其中會(huì)遇到三種不同的序的分量，這些情況都會(huì)發(fā)生在不對(duì)稱跌落故障中，對(duì)于這篇論文的分析來說，其中并沒有零序電流回路。所以對(duì)于這篇論文選擇的無中線結(jié)構(gòu)逆變器不需要對(duì)于零序分量進(jìn)行考慮，在具體計(jì)算的過程中實(shí)際上是無需考慮到零序分量的作用的。為了進(jìn)一步降低其中負(fù)序分量帶來的影響，這篇論文選擇使用負(fù)序電壓前饋法來進(jìn)行處理[40]。對(duì)于這種方式，首先要進(jìn)行負(fù)序分量的確定，其次反饋該分量，在該過程中，可以將負(fù)序分量以及移相控制信號(hào)保持一致，通過這種方式可以消除負(fù)序分量帶來的干擾。如果想要詳細(xì)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(duì)稱跌落狀態(tài)）Fig.4-4Lowvoltageridethroughcontrolscheme(inasymmetricalsagstate)對(duì)于上圖內(nèi)容進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，這一方案是在前文所述的控制方案基礎(chǔ)上所做的優(yōu)化和完善，將正負(fù)序分離模塊融入其中，通過這種方法可以有效消除相應(yīng)的干擾和影響，具有很好的研究意義以及應(yīng)用價(jià)值。1.4模擬仿真低電壓穿越本章節(jié)的研究內(nèi)容是在前述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，基于三相電壓處于不對(duì)稱跌落以及對(duì)稱跌落的多種故障階段，從而獲得低電壓控制策略，這個(gè)策略可以應(yīng)對(duì)多種故障，并且這個(gè)章節(jié)中還建立了相應(yīng)的低電壓穿越模型，這個(gè)模型建立是基于PSCAD/EMTDC仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)過程中還使用軟件進(jìn)行了相應(yīng)的模擬仿真處理，通過模擬仿真的過程，能夠?qū)τ谙到y(tǒng)的策略是否滿足預(yù)期要求，是否具有足夠的準(zhǔn)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(wǎng)電壓處于對(duì)稱跌落狀態(tài)）在國家電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，就對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了明確的要求，需要在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落低于20%的階段，必須保證系統(tǒng)至少連續(xù)運(yùn)行一秒，且不能脫離該電網(wǎng)。基于這項(xiàng)要求，對(duì)于仿真過程來說，使用的電網(wǎng)不再是原來的方案，而是選擇三個(gè)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(duì)于三相電壓進(jìn)行模擬，可以詳細(xì)的了解三個(gè)信息的變化，一個(gè)是相的幅值，一個(gè)是其相位，還有一個(gè)是這個(gè)過程中的頻率，并且能夠選擇故障發(fā)生持續(xù)的時(shí)間。還需要對(duì)于系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，這個(gè)過程需要通過仿真模擬軟件來實(shí)現(xiàn)。在紡織過程中需要選擇以下這些參數(shù)：首先需要確定其中的網(wǎng)側(cè)線電壓，這個(gè)數(shù)據(jù)選擇使用一萬伏，接著需要確定其中的變壓器容量，這個(gè)數(shù)據(jù)選擇使用1MVA，在仿真過程中使用的變比數(shù)據(jù)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(wǎng)點(diǎn)電壓設(shè)置為跌落故障，并且其中的跌落深度數(shù)據(jù)是80%，在這個(gè)過程中選擇使用對(duì)稱跌落情況的控制策略，詳細(xì)記錄圖4-5電力系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)中的"A"相電流電壓波形Fig.4-5Currentandvoltagewaveformsof"A"phaseinparallelnetworkofpowersystem通過對(duì)于上圖的波形情況進(jìn)行研究和分析可以發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)中的電壓跌落深度要達(dá)到數(shù)據(jù)百分之八十的情況，并且在這個(gè)過程中分析其中的并網(wǎng)點(diǎn)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(shè)計(jì)的低壓穿越控制策略是否對(duì)于其中的并網(wǎng)點(diǎn)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(wǎng)故障的運(yùn)維處理之后，就能夠快速恢復(fù)該位置的電流值，使其可以達(dá)到發(fā)生電壓跌落故障之前的參數(shù)值，該階段的網(wǎng)側(cè)電壓參數(shù)已經(jīng)達(dá)到之前的水平，實(shí)現(xiàn)了低電壓穿越。對(duì)于圖4-6分析可以發(fā)現(xiàn)，圖中的內(nèi)容實(shí)際上為并網(wǎng)點(diǎn)電流電壓形式的局部放大圖，通過這個(gè)圖可以詳細(xì)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(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，逆變器應(yīng)該向電網(wǎng)提供無功支撐，以保證系統(tǒng)在因?yàn)楣收隙l(fā)生低電壓穿越時(shí)所產(chǎn)生的波動(dòng)。此時(shí)，在并網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部的電流參數(shù)，就會(huì)由電網(wǎng)電壓一致的相位水平，發(fā)展至具有一定角度滯后的相位水平，這就產(chǎn)生了一個(gè)直流區(qū)間在并網(wǎng)電流中。圖4-6并網(wǎng)點(diǎn)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(shè)備電路中的中上部SLCR-CSC時(shí)，其內(nèi)部組件主開關(guān)管在系統(tǒng)出現(xiàn)對(duì)稱跌落階段的波形情況。圖4-7三相全橋電路主開關(guān)管觸發(fā)脈沖的波形情況（發(fā)生故障瞬間）Fig.4-7Waveformoftriggerpulseofmainswitchinthreephasefullbridgecircuit對(duì)于上圖的波形，分析圖中的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，如果將其中的Tgy2、Tgy3都設(shè)置為開通狀態(tài)，那么需要注意其中的具體的開通時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)處于斷開的情況和相跌落故障的瞬間，三開關(guān)管的觸發(fā)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(shè)置的跌落深度都是百分之八十，針對(duì)具體的輸出情況進(jìn)行來圖形繪制，分析圖中的數(shù)據(jù)信息可以發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作過程，首先其中的光伏逆變器在這個(gè)過程中出現(xiàn)了無功功率下降的情況，其次這個(gè)光伏逆變器出現(xiàn)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(guī)定的范圍之內(nèi)。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(wǎng)單相電壓跌落的狀態(tài)下）在電網(wǎng)中，通過對(duì)于出現(xiàn)的所有不對(duì)稱情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)其中發(fā)生概率更高的是單相接地的情況，所以在這個(gè)章節(jié)的分析中將會(huì)創(chuàng)造的情景就是其中的A相發(fā)生單相接地短路故障，并且這個(gè)過程的分析結(jié)果通過圖4-9來進(jìn)行展現(xiàn)。在這個(gè)過程中主要分析光伏發(fā)電系統(tǒng)在這種故障階段所表現(xiàn)的低電壓穿越狀態(tài)。在仿真的過程中，采用了三個(gè)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(xù)總時(shí)長為0.2秒，處于1s時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)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(tài)）Fig.4-9Threephasecurrentand