Page 82 - 电力与能源2021年第八期
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4 4 8 范丽君, 等: 光伏电站低电压穿越及直流侧保护控制策略
有功、 无功功率产生的二倍 频振荡, 交流侧的功 侧电压前馈信号 V g d V gq , 得 到 逆 变 器 输 出 电 压
,
率振荡会 加 剧 光 伏 直 流 侧 电 压 的 波 动, 进 而 造 V d V q 作 为 调 制 波 信 号, 最 后 经 正 弦 脉 宽 调 制
,
成设备运行失稳; 文献[ 7 ] 以抑制电压跌落时的 ( SPWM ) 得到脉冲信号用于逆变器控制。整 体
功率振荡 为 目 标, 设 计 了 基 于 电 流 预 测 的 逆 变 控制结构框图如图 2 的二次部分所示。
器控制方 法, 然 而 该 方 法 是 将 源 侧 简 化 为 理 想
直流源, 未 考 虑 光 伏 直 流 侧 的 电 压 控 制; 文 献
[ 8 ] 采 用 增 加 耗 能 Crowbar的 方 法 来 消 耗 电 压
跌落时直流侧多余的能量以 防止直流母线电压
过高, 但该方法增加了硬件成本。
图 2 电网正常运行时光伏系统控制结构框图
2 所提 LVRT 控制策略
当电网发生故障并导致公共耦合点( PCC ) 的
电压下降至 LVRT 曲线( 图 1 ) 包络范围内时, 逆
变器须立即从正常运行模式切换至 LVRT 运行
图 1 光伏电站低电压穿越的能力要求
模式, 所提 LVRT 综合控制策略控制框图如图 3
综上所述, 本文提出一种提高单级光伏电站 所示。
LVRT 能 力 的 综 合 控 制 策 略, 并 通 过 Matlab /
Simulink 搭建了光伏并网发电模型, 对所提控制
策略 进 行 仿 真 验 证, 仿 真 结 果 证 明 该 方 法 的 有
效性。
1 单级式光伏电站工作原理
典型的三相单级式光伏并网装置拓扑结构如 图 3 电网故障时的 LVRT 控制策略
图2 所示 [ 9 ] , 一次部分包括光伏阵列、 直流母线电 电压降落检测单元用于快速、 精确地检测电
容、 三相逆变器以及滤波电路, 通过三相升压变压 压降落信号, 并自动将系统从正常运行模式切换
器与电网相连。逆变器是整个系统的核心, 其作 到低电压运行模式; 直流电压控制单元、 交流电流
用是根据相应的控制方法, 将光伏电池板产生的 限制单元以及无功电流控制单元, 根据技术规范
直流能电高效、 可靠地转换为交流电能并将能量 分别用以保护逆变器避免直流母线电压过高、 交
馈送至电网。当电网正常运行时, 控制系统首先 流侧发生过电流, 同时注入无功功率以实现对电
将三相交流信号通过 Park 变换, 转换为 d q 坐标 网电压的动态支撑。所提控制策略的工作流程见
轴下的直流分量, 并通过锁相环( PLL ) 实现与电 图 4 , 下面针对每个控制单元作具体说明。
网电压的同步。内部采用双环控制方式, 即直流 2.1 电网低电压检测方案
电压外环和并网电流内环 [ 10 ] 。直流电压外环是 当发生电压骤降时, LVRT 控制应尽快将逆
将采样得到的直流母线电压 V dc 与最大功率跟踪 变器控制模式由正常状态下的双环控制切换至低
( MPPT ) 模块计算出的直流电压参考值 V dc 作比 电压运行模式, 其关键是拥有快速、 精确的低电压
*
较, 差值经比例积分( PI ) 调节得到电流内环的有 检测单元。近年来, 有多重低电压检测方法应用
* , * 设 为 于光伏设备中, 如电网电压峰值检测法、 矢量控制
功电流参 考 值 V d 无 功 电 流 的 参 考 值 V q
* , * , 检测法等。这类方法动态响应较慢, 并且较依赖
零, V d V q 再分别与实际电流的 d q 轴分量I d I q
作比较, 误差信号经 PI调节, 再经解耦后加上网 硬件设备 [ 11 ] 。所提 LVRT 控制策略中采用均方
