专利名称：基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法
技术领域：
本方法涉及一种用于实现低电压穿越能力测试技术。
背景技术：
近年来，我国光伏产业迅猛发展，随着光伏发电在电网中所占比例不断增大，光伏发电固有的波动性、间歇性、周期性等特点，将会影响到电网的电压、频率特性，严重时甚至引起电网稳定性问题。如果在电网发生故障导致电压跌落时，光伏电站立即切除，将引起系统潮流的剧烈变化，导致大面积停电。为了能够确保光伏电站安全可靠稳定的并网发电，根据国网公司《光伏电站接入电网技术规定》的要求，大中型光伏电站必须具备一定的低电压穿越能力。因为电网故障的不可控性，必须有专门的低电压穿越能力检测设备用于测试大中型光伏电站在电网电压跌落时的穿越能力。目前，主要的测试方式有基于阻抗形式和基于电力电子变换形式两种。基于阻抗形式实现的测试方法，通过在主电路中并联或串联电阻/电抗实现电压跌落。阻抗形式的电压跌落发生装置结构简单，实现方便，但是存在以下几方面的缺点第一，由于阻抗在正常运行或电压跌落时流过功率，因此必须选择大功率的阻抗器件，装置体积较大，并且能量损耗较大。第二，对于不同的光伏电站，阻抗的匹配关系也发生变化，使电压跌落深度难以有效控制。第三，由于电网阻抗存在，检测时公共连接点会产生电压跌落，对电网造成影响。 第四，由于电抗值的投切是固定的，导致电压跌落深度不能连续可调，恢复曲线呈阶梯形。 另外，基于阻抗形式的测试方法中更换阻抗步骤繁琐，不利于实现多种形态的电压跌落。基于电力电子变换的测试方法，形式灵活，功能强大，可以完成低电压穿越能力和电压/频率扰动响应特性测试，可以使用交交变频电路、交直交变换器等。并且由于较高的开关频率，可以使无源器件的体积大大减小。与电抗形式的测试方法相比，具有以下优点 (1)体积较小、(2)不考虑网侧阻抗因素，对电网电压基本无影响；(3)采用电力电子全控器件，输出曲线可编程，电压跌落及恢复过程平滑，控制精度高。可以方便地控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位。(4)相较于电抗器不需考虑运行时装置发热问题，能够连续进行测试，提高了测试效率。但是基于电力电子变换的测试方法仅模拟了电网跌落后的稳态特性及其影响，没有考虑电网电压跌落过程中的电网电压相位及其阻抗的变化，难以准确模拟电网跌落过程的真实情况。
发明内容
现有阻抗形式的低电压穿越测试技术中存在的问题(1)装置体积较大，并且能量损耗较大。(2)对于不同的光伏电站，阻抗的匹配关系发生变化，电压跌落深度难以有效控制。(3)检测时公共连接点产生电压跌落，对电网造成影响。(4)电压跌落深度不能连续可调，恢复曲线呈阶梯形。(5)变换阻抗步骤繁琐，不利于实现多种形态的电压跌落。现有电力电子变换器形式的低电压穿越测试技术，尽管存在很多优势，但是仅模拟了电网跌落后的稳态特性及其影响，没有考虑电网电压跌落过程中的电网电压相位及其阻抗的变化，难以准确模拟电网跌落过程的真实情况。针对阻抗形式和电力电子变换器形式的低电压穿越测试技术的不足，本发明提出一种基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法，可以精确模拟电网电压跌落过程中电压相位以及阻抗的变化，并且对并网点电压不产生影响，用以检测大中型光伏电站的低电压穿越能力。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法，其特征在于采用电力电子变换器和阻抗变换单元串联的方式，电力电子变换器采用高压变频器方案，由背靠背四象限变流器结合移相变压器组成，可以有效控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位。阻抗变换单元采用组合电抗器分档投切的方案，由限流阻抗Xl和接地电抗器X2组成，接地电抗器X2由多只多抽头电抗器串联，实现对电网电压跌落过程中的电网电压、相位、频率及其阻抗特性的模拟，反映电网电压跌落过程的真实情况。由于电网阻抗X sys的存在，模拟电网电压跌落时PCC点产生电压跌落，对电网电压产生影响。为了实现模拟电网电压跌落时对并网点电压不产生影响，如图2所示，在基于电力电子变换器的电压跌落发生装置中引入虚拟阻抗控制技术，即控制电力电子变换器的输出电压和电流，使得等效阻抗可精确调节，这样得到的整个电路的等效阻抗能够和电网阻抗X sys精确匹配，使得并网点电压跌落在允许范围内。综合以上测试技术，通过变换器控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位，再结合阻抗变换单元，模拟电压跌落时的瞬态阻抗变化特性，实现综合考虑电网电压、相位、频率和阻抗变化的低电压穿越测试技术。在变换器中加入虚拟阻抗技术，实现电压跌落时对并网点电压无影响。本方法将电力电子变换器和阻抗变换单元相结合，加入虚拟阻抗控制技术，可以真实模拟电网电压跌落的各种形态以及变化过程中的电压、相位、频率以及阻抗变化，具有对大中型光伏电站进行低电压穿越能力和电压/频率响应特性测试的功能，该方法与现有电抗器形式和电力电子变换器形式的低电压穿越测试技术相比，有以下有益效果
1)采用阻抗变换单元，解决电力电子变换器方法没有考虑电网电压跌落过程中的电压相位及其阻抗的变化，难以准确模拟电网跌落过程的真实情况的问题。实现了电网电压跌落过程中对电网电压、相位、频率以及阻抗的瞬态特性的真实模拟，反映了电网跌落过程的真实情况；
2)采用电力电子变换器，解决了电抗器方法中存在的一些问题(1)体积较大，能量损耗较大。(2)对于不同的光伏电站，阻抗的匹配关系发生变化，电压跌落深度难以有效控制。 (3)电压跌落深度不能连续可调，恢复曲线呈阶梯形。(4)变换阻抗步骤繁琐，不利于实现多种形态的电压跌落。3 )在电力电子变换器中弓丨入虚拟阻抗控制技术，实现电压跌落时对并网点电压不
产生影响。
图1为本测试方法的形成示意图。
图2为瞬时电抗特性的示意图。图3为本发明用于光伏电站低电压穿越能力检测的电路结构示意图。
具体实施例方式下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。例如图3为本发明用于光伏电站低电压穿越能力检测的电路结构示意图，图中实线框表示本发明方法的具体实施，包括阻抗变换单元和电力电子变换器，其中所述阻抗变换单元由限流电抗器Xl和接地电抗器X2组成，电力电子变换器为采用虚拟阻抗控制技术的由背靠背四象限变流器结合移相变压器组成的高压变频器装置。被测光伏电站通过并网总断路器正常并网运行。检测前，并网总断路器先处于闭合状态，K1、K2处于断开状态。检测时闭合Κ2，低电压穿越能力检测装置串联在电网和被测电站之间。试验人员先通过经验值投切电抗器单元，这样可以模拟电网的瞬时阻抗变化特性。再通过变频器单元采样测试点电压，控制测试点电压按照指令要求输出相应的电压跌落、电压扰动和频率扰动。同时采样PCC点电压控制变频器的输出电流，使得电路的等效输出阻抗和电网阻抗相匹配。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
权利要求
1.基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法，其特征在于，电力电子变换器由背靠背四象限变流器结合移相变压器组成，可以有效控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位；阻抗变换单元采用组合电抗器分档投切的方案，由限流阻抗幻和接地电抗器X2组成，接地电抗器X2由多只多抽头电抗器串联，实现对电网电压跌落过程中的电网电压、相位、频率及其阻抗特性的模拟，反映电网电压跌落过程的真实情况。
2.根据权利要求1所述的基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法，其特征在于，为了实现模拟电网电压跌落时对并网点电压不产生影响，在基于电力电子变换器的电压跌落发生装置中引入虚拟阻抗控制技术，即控制电力电子变换器的输出电压和电流，使得等效阻抗可精确调节，这样得到的整个电路的等效阻抗能够和电网阻抗X sys精确匹配，使得并网点电压跌落在允许范围内。
全文摘要
本发明采用电力电子变换器和阻抗变换单元串联的方式，电力电子变换器采用高压变频器方案，可以有效控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位；阻抗变换单元采用组合电抗器分档投切的方案，实现对电网电压跌落过程中的电网电压、相位、频率及其阻抗特性的模拟，反映电网电压跌落过程的真实情况。本发明解决了电力电子变换器方法没有考虑电网电压跌落过程中的电压相位及其阻抗的变化，难以准确模拟电网跌落过程的真实情况的问题；实现了电网电压跌落过程中对电网电压、相位、频率以及阻抗的瞬态特性的真实模拟，反映了电网跌落过程的真实情况；在电力电子变换器中引入虚拟阻抗控制技术，实现电压跌落时对并网点电压不产生影响。
文档编号G01R31/00GK102426308SQ201110286289
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月25日 优先权日2011年9月25日
发明者包斯嘉, 吴蓓蓓, 崔效毓, 张军军, 李红涛, 郭自勇 申请人:国网电力科学研究院