2.2.1　低電壓穿越能力檢測

2.2.1.1　依據標準及指標要求分析

在2008年前后，德國、西班牙等新能源發電起步較早的國家就出臺了光伏發電低電壓穿越標準。標準中對低電壓穿越能力都提出了具體要求，其中要求在電網故障期間光伏發電系統持續運行的最小電壓為電網標稱電壓的0%～25%，持續運行時間為100～625ms；只有電網故障造成并網點電壓低于最小持續運行電壓或故障時間超過對應電壓點持續運行時間，才允許光伏發電系統從電網切出；在電壓跌落時，光伏發電系統應在自身允許的范圍內盡可能向電網注入無功功率，以支持電網電壓恢復；一旦電網電壓恢復，必須在盡可能短的時間內恢復到正常工作狀態。

不同國家電網對新能源發電站低電壓穿越要求的差異主要表現在最低電壓要求、故障持續時間、恢復時間、無功電流注入等方面，不同國家電網的低電壓穿越能力要求見表2-1。

低電壓穿越檢測為并網性能檢測中重要的檢測項目，主要考核光伏發電站在電網發生暫態故障時，能否在一定時間內維持并網運行的能力。可再生能源發展早期，德國即對低電壓穿越提出要求，德標BDEW中關于低電壓穿越曲線分為兩種類型，光伏發電屬于類型2（類型1為同步發電機），低電壓穿越曲線如圖2-2所示。U/UC為逆變器并網點電壓的實際值與額定值之比。除了要求光伏發電站在規定時間內不脫網以外，相關標準要求光伏發電站有功功率輸出在故障切除后立即恢復并且每秒鐘至少增加額定功率的10%；電網故障時，光伏發電站必須能夠提供電壓支撐。在故障清除后，不從電網吸收比故障發生前更多的感性無功電流。

在標準GB/T 19964—2012中提出了零電壓穿越和低電壓穿越期間動態無功支撐的要求，具體如下：

（1）光伏發電站并網點電壓跌至0時，光伏發電站應能不脫網連續運行0.15s。

（2）光伏發電站并網點電壓跌至圖2-3曲線1以下時，光伏發電站可以從電網切出。

（3）電力系統發生不同類型故障時，若光伏發電站并網點考核電壓全部在圖2-3中電壓輪廓線及以上的區域內，光伏發電站應保證不脫網連續運行；否則，允許光伏發電站切出。針對不同故障類型的光伏發電站低電壓穿越考核電壓見表2-2。

（4）對電力系統故障期間沒有脫網的光伏發電站，其有功功率在故障清除后應快速恢復，自故障清除時刻開始，以至少30%Pn/s的功率變化率恢復至正常發電狀態。

（5）對于通過220kV（或330kV）光伏發電匯集系統升壓至500kV（或750kV）電壓等級接入電網的光伏發電站群中的光伏發電站，當電力系統發生短路故障引起電壓跌落時，光伏發電站注入電網的動態無功電流應滿足以下要求：

1）自并網點電壓跌落的時刻起，動態無功電流的響應時間不大于30ms。

2）自動態無功電流響應起直到電壓恢復至0.9p.u.期間，光伏發電站注入電力系統的動態無功電流IT應實時跟蹤并網點電壓變化，并應滿足

式中　UT——光伏發電站并網點電壓標幺值；

In——光伏發電站額定電流。

2.2.1.2　檢測方法

國內外針對低電壓穿越能力檢測的方法基本類似，主要內容包括檢測準備、空載測試、負載測試及檢測結果判定方法等。逆變器實驗室檢測應參照上述標準進行，我國當前主要以GB/T 19964—2012來指導測試，具體如下：

1.檢測準備

檢測前應做以下準備：

（1）進行低電壓穿越測試前，被測逆變器應工作在與實際投入運行時一致的控制模式下。低電壓穿越能力檢測示意圖如圖2-4所示。按照圖2-4連接可控直流源、電壓跌落發生裝置以及其他相關設備。

（2）檢測應至少選取5個跌落點，其中應包含0%Un和20%Un跌落點，其他各點應在（20%～50%）Un、（50%～75%）Un、（75%～90%）Un三個區間內均有分布，并按照標準要求選取跌落時間。Un為光伏逆變器額定電壓。

2.空載測試

正式測試前應先進行空載測試，檢測應按如下步驟進行：

（1）確認被測光伏逆變器處于停運狀態。

（2）調節電壓跌落發生裝置，模擬線路三相對稱故障和隨機一種線路不對稱故障，使電壓跌落幅值和跌落時間滿足圖2-5的容差要求。線路三相對稱故障指三相短路的工況，線路不對稱故障包含A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相間短路、BC相間短路、CA相間短路、AB接地短路、BC接地短路、CA接地短路9種工況。0%Un和20%Un跌落點電壓跌落幅值容差為+5%。

3.負載測試

應在空載測試結果滿足要求的情況下，進行低電壓穿越負載測試。負載測試時的電抗器參數配置、不對稱故障模擬工況的選擇以及電壓跌落時間設定均應與空載測試保持一致，測試步驟如下：

（1）將光伏逆變器投入運行。

（2）光伏逆變器應分別在（0.1～0.3）Pn和不小于0.7Pn兩種工況下進行檢測，Pn為被測光伏逆變器總額定功率。

（3）控制電壓跌落發生裝置進行三相對稱電壓跌落和空載隨機選取的不對稱電壓跌落。

（4）在被測逆變器交流側通過數據采集裝置記錄被測光伏逆變器交流電壓和電流的波形，記錄至少從電壓跌落前10s到電壓恢復正常后6s之間的數據。

（5）所有測試點均應重復1次。

4.檢測結果判定方法

（1）有功功率恢復的判定方法。光伏逆變器有功功率恢復的判定方法示意圖如圖2-6所示。圖中P0為故障前光伏逆變器輸出有功功率的90%；ta1為故障清除時刻；ta2為光伏逆變器有功功率恢復至持續大于P2的起始時刻；Udip為光伏逆變器并網點跌落電壓幅值與額定電壓的比值。

在ta1～ta2的時間段內，若光伏逆變器的有功功率曲線全部在“30%Pn/s恢復曲線”之上，則故障后光伏逆變器有功功率恢復速度滿足要求，否則不滿足要求。

（2）無功電流注入的判定及計算方法。電壓跌落期間光伏逆變器無功電流注入的判定方法示意圖如圖2-7所示。圖中IQ為無功電流注入參考值；Iq（t）為電壓跌落期間光伏逆變器無功電流曲線；t0為電壓跌落開始時刻；tr1為電壓跌落期間光伏逆變器無功電流注入首次大于90%IQ的起始時刻；tr2為光伏逆變器并網點電壓恢復到90%Un的時刻；Udip為光伏逆變器并網點電壓與額定電壓比值。

由圖2-7可以得出電壓跌落期間光伏逆變器無功電流注入的相關特性參數如下：

無功電流輸出響應時間tres為

無功電流注入持續時間tlast為

無功電流注入有效值Iq為