低电压穿越

2022年6月22日，中国电力科学研究院有限公司新能源研究中心顺利完成乌兰察布新一代电网友好绿色电站示范项目储能系统现场低电压穿越、高电压穿越和电网适应性测试工作。标志着全球规模最大“源网荷储”一体化示范项目并网性能现场测试工作全面完成，为项目投运后的安全稳定运行保驾护航。

针对电化学储能现有低电压穿越控制策略未计及荷电状态(state of charge, SOC)动态特性导致其在低SOC场景下出现过放这一问题，设计并引入自适应调节系数来表征低电压穿越期间SOC对储能单元输出有功电流的影响，进而提出一种计及SOC动态特性与充放电状态的电化学储能系统低电压穿越控制策略。该控制策略基于并网规范的电压和频率要求，结合工程实际应用对自适应调节系数进行定量设计，使得系统故障期间储能单元输出的有功电流能够根据SOC大小动态调整。仿真结果表明，该控制策略在低SOC场景下能够有效限制有功电流输出，减缓放电速度，从而避免小容量、大放电倍率储能单元出现因SOC越限而退出运行的风险，并减小低电压穿越过程中多个储能单元之间的SOC极差。通过与传统的低电压穿越策略对比验证了所提策略的有效性。

在传统不对称故障低电压穿越控制中，由于控制自由度有限，并网逆变器控制存在无法同时实现输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制的问题。对此，文中提出一种不对称故障下两级式光伏并网系统低电压穿越的多目标解耦控制策略。该策略将逆变器的控制目标设置为输出电流负序分量抑制，给出了综合考虑逆变器输出电流限幅和无功输出需求的逆变器电流内环控制参考值计算方法；通过双向Buck-Boost变换器将超级电容接入直流母线电容两端维持其电压稳定，并将直流侧电压二倍频波动转移至超级电容输入侧进行抑制。仿真结果表明，相比传统控制方法，所提控制策略有效降低了逆变器三相间的不平衡度，改善了输出电流畸变，减小了直流侧电压二倍频波动。

基于不同种类分布式新能源的暂态特性，建立各种新能源的典型模型，聚合为考虑分布式新能源的有源综合负荷模型，用于对工程实际省级电网的安全稳定分析。所提方法能有效反映新能源的低电压穿越、切机等特性对省级电网稳定性的复杂影响，其中火电机组直接退出分布式新能源消纳运行会导致大电网稳定性下降，当火电机组处于调峰状态时，对大电网暂态稳定性影响较小。

为了解决三电平光伏逆变器故障穿越时的中点电位平衡问题，在已有的脉宽调制和中点电位平衡方法基础上，提出一种新型的深度载波交叠调制法(deep carrier overlapping PWM, DCO-PWM)。该方法通过尽量增加上下层载波的交叠深度，削弱了中矢量对中点电位的影响，实现了在故障冲击和高无功电流工况下保持中点电位平衡和并网电流可控。针对DCO-PWM增加了功率器件开关次数的问题，开发了一种调制策略的分相切换方法，仅在中点电位差超出设定阈值时，将调制波中间相切换到DCO-PWM，其他状态仍然使用常规的载波同相层叠调制法(carrier phase disposition PWM, CPD-PWM)，从而降低了并网电流的谐波含量和器件开关损耗。通过实验验证了上述方法在三电平逆变器低电压故障穿越过程中，可有效增强对并网电流和中点电压的控制，从而保证故障状态的安全可靠穿越。

本技术报告介绍了国内外光伏发电现状和前景以及低电压穿越的性能要求和检测方法；研究了电网常见故障类型及电压矢量的故障响应特性，研究了电压跌落发生装置的不同实现方式；研制了适用于光伏逆变器低电压穿越性能检测的“短路发生器”和“交流变频器”两种低电压穿越检测装置；提出了光伏逆变器低电压穿越检测流程规范；根据文中提出了“短路发生器”型检测装置关键设备的计算方法搭建了真实的检测模型，并完成了光伏逆变器低电压穿越性能的检测。起草 IEC 标准《光伏并网逆变器低电压穿越测试规程》，目前该标准已正式颁布执行。

虚拟同步发电机(virtual synchronous generator，VSG)通过模拟同步发电机的工作原理，引入虚拟惯量与阻尼系数，提高了分布式电源并网的稳定性。但是当电网发生电压跌落时，电压的跌落与恢复均会使电网电压的相位与幅值发生跳变，而传统的VSG控制策略难以解决该问题。为此，文中提出一种基于相位与幅值补偿的VSG低电压穿越控制方法。首先，分析电网电压跌落与恢复对电网造成的不同影响。其次，在电网电压跌落期间，通过将VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差控制在允许范围内来实现过流抑制、输出功率的快速稳定以及无功补偿的目的。然后，在电网电压恢复时，通过快速补偿消除VSG输出电压和电网电压之间的相位与幅值差，从而抑制因电网电压跳变而造成的过流等问题。最后，通过MATLAB/Simulink仿真验证所提控制策略的有效性。根据仿真结果可知，文中提出的控制策略可以有效抑制过流的产生并且能够实现无功补偿。

T型三电平变换器在常规调制策略下，存在着严重的内管外管损耗不均的问题。当变换器的调制比低于0.57时，T型三电平变换器的内管温升明显高于外管温升，这个问题在低电压穿越(low voltage ride through, LVRT)运行时更为严峻，将威胁变换器的长期可靠运行。为此，提出了一种基于损耗优化分布的不连续脉宽调制策略，在空间矢量图的对应区域采用新的开关序列，每相采用钳位到直流侧正极或直流侧负极的钳位方式，进而实现外管内管电流的重新分配。新调制策略采用五段式发波，不仅有效改善了内外管损耗的分布，还能提高变换器整体效率；通过冗余小矢量互补的序列，维持中点电压的平衡；新调制策略具有统一的载波调制实现方式。最后，通过电气热联合仿真，验证了所提损耗优化分布调制策略的有效性。

在国标委、国家电网公司的指导和支持下向IEC TC8提出、并发布了该国际标准。该标准适用于规范分布式电源接入配电网的规划、设计、运行和并网等需求，包括一般需求、并网方案、开关选择、正常运行范围、抗扰动能力、有功无功响应、电能质量、接口保护、监测控制和通信等。该标准是首个分布式电源并网相关的IEC国际标准，充分反映世界范围内分布式电源技术进步和各国对分布式电源的并网技术需求，标准的编制和发布受到IEC TC8电能供应与系统技术委员会和IEC管理层的高度肯定，并获IEC卓越贡献奖。该标准的发布主要意义在于：以此标准为基础，构建了国际电工委员会分布式电源并网标准体系，解决IEC相关标准不一致的难题；该标准反映了分布式电源并网的最新技术发展和并网准则，将极大提升我国分布式电源并网技术水平，促进分布式电源产品的国际贸易；成立了IEC JWG10分布式能源与电网互联技术标准联合工作组，为推进我国综合能源系统后续 标准国际化工作打下了良好基础。标准编制工作组解决分布式电源类型多、技术发展快、标准复杂度高、不同国家和团体标准规定和诉求异同等诸多难点，主要创新点如下：提出了以响应时间为主要参数的分布式电源中低压动态无功支撑能力的技术要求，解决了分布式电源无功特性各异与配电网无功电压调整需求的矛盾；首次提出了接入中压配电网的分布式电源高电压穿越的技术要求，解决了配电网的过电压导致分布式电源频繁脱网的难题；提出了考虑多类型分布式电源不同频率、容量和互联电压等级的分布式电源并网规则，增大分布式电源可用容量提供了信息和数据保障。该标准发布后，欧盟和意大利、法国等采用该标准并进行了相应标准的修订，主要技术规定与本标准一致。美国IEEE 1547分布式电源互联技术标准与本标准的差异主要是：本标准对分布式电源并网容量和频率适应性规定较IEEE1547适应性更好；本标准对一定容量的分布式电源并网无功支撑进行了规定；本标准对高低电压穿越能力进行了规定；本标准依托IEC电能质量系列标准基础上，对电能质量进行了全面规定；受本标准工作组范围限制，只对通信接口和接口安全性提出了技术要求，未涉及信息模型。截止到2018年底，本标准的制定带来的直接经济效益1.8亿元，间接经济效益55亿元。相应节约42.6万吨标准煤，减少污染排放35.36万吨碳粉尘、129.6万吨CO2。