一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法与流程

本发明涉及新能源检测技术领域，具体涉及一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法。

背景技术：

光伏发电作为一种波动性、随机性、间歇性很强的非稳定电源类型，规模化接入将给电网的安全稳定运行带来诸多不利影响，主要表现为电网稳定问题和电能质量问题：在电网发生大扰动时，若光伏电站不具备低电压穿越能力，将会导致大面积脱网，从而对电网带来二次冲击，影响电网的暂态稳定性。光伏电站接入电网后，将对电网的电能质量产生影响，包括电压偏差、电压变动、谐波影响，会使电网面临较大考验。根据国标《光伏发电站接入电力系统技术规定》(GB/T 19964-2012)的要求，大功率光伏并网逆变器必须具有低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through，LVRT)。只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许光伏逆变器脱网，光伏电站应具备参照图2低电压穿越能力。

面对光伏发电迅猛发展的态势，为了解决我国光伏发电规模化接入的技术难题，保障电网安全稳定运行，亟需开展面向大容量光伏低电压穿越检测技术的研究。

低电压穿越检测设备采用阻抗分压模拟低电压穿越电网跌落，通过调节电抗器参数和分压来实现不同电压等级的跌落。主回路如图3所示，其中Xsr为限流电抗器、Xsc为短路电抗器，通过投入Xsr和Xsc的不同电抗值，来达到跌落点A的不同电压幅值的跌落，以实现被测单元即光伏逆变器低电压穿越的检测。在该电路中，CB3分合用以控制跌落时间。

测试串联接入被测光伏电站，设备工作在旁路状态时，CB2闭合，CB1、CB3和CB4断开，光伏单元正常发电；设备工作在试验状态时，合上CB1、CB4，断开CB2，将限流电抗Xsr投入，然后闭合CB3，将短路电抗Xsc投入，测试点的电压变为限流电抗与短路电抗的分压，实现模拟电压跌落的功能。

如今，部分地区电网网架相对较为薄弱，当电力系统事故或扰动引起电网电压跌落时，光伏电站应确保不脱网运行，支持电网故障恢复功能显得尤为重要，现场检测是保障具备上述功能的必要实现手段。由于一些地区特殊应用环境的实际工况对于实现标准要求的现场检 测带来了挑战，并网光伏电站35kV与10kV接入并存，接入点的电网结构、电网阻抗差异很大，系统设计兼容性要求较高。

采用电抗器为主要设备的的光伏低电压穿越移动检测系统一般对10kV电网用一套检测设备，35kV电网用一套检测设备，或者检测系统中分断装置用同一套设备(如断路器)，电抗器采用10kV一套装置，35kV一套装置，两者并不能兼容。

目前，尚未有相关文献和专利对光伏发电低电压穿越检测设备的多接入电压等级适应性测试方法进行研究。

技术实现要素：

为了弥补上述空白，本发明提出一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法，满足目前主流光伏电站并网对低电压穿越测试平台的1.5MW检测能力的需求，解决对大规模光伏电站并网单元进行整体测试，以及不同电压等级接入的难题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法，所述方法包括：添加约束条件，获取不同约束条件下的电抗器电感值；其中，所述约束条件包括：

条件1：投入限流电抗器时，确保逆变器被测点电压降为90％以上；

条件2：依据检测标准，使得空载时短路容量大于3倍被测逆变器容量；

条件3：设置系统短路容量小于光伏电站的主变容量，低于20MVA；

条件4：根据检测标准，使得低电压穿越检测满足20％的电压跌落值，在该跌落点短路和限流电抗比值为1：4；

条件5：根据不同光伏电站电网阻抗的差异性，设定35kV电网阻抗范围为0.5～10欧，10kV电网阻抗范围为0～5欧。

优选的，所述获取不同约束条件下的电抗器电感值包括：定义限流电抗器电感值L₁，短路电抗器电感值L₂，主网电压U₁，跌落点电压U₂，主网与跌落点之间的电压降Δu，跌落点流入电流I^*、逆变器有功功率P₂；获取满足所述约束条件的电抗器电感值。

进一步地，当满足约束条件1时，变换跌落点电压d-q坐标，d为实轴，q为虚轴，则所述跌落点电压U₂的表达式为：

式(1)中，u₂为跌落点电压动态值，为跌落点电压在实轴上的分量，j为虚数，用于无功计算；为跌落点电压在虚轴上的分量；

所述主网与跌落点之间的电压降Δu的表达式为：

所述跌落点流入电流I^*的表达式为：

式(3)中，u₁为主网电压动态值，x为主网到跌落点之间的阻抗；

根据跌落点电压U₂和跌落点流入电流I^*获取视载功率S₂；其表达式为：

式(4)中，P₂为光伏逆变器有功功率，Q₂为光伏逆变器的无功功率；

结合式(1)～式(5)，根据主网到跌落点之间的阻抗x，获取限流电抗器电感值L₁，则：

x＝2πfL₁ (6)

式(6)中，f为50Hz，表示系统频率；L₁为限流电抗器电感值。

进一步地，由于光伏逆变器仅输出有功功率，则将光伏逆变器的无功功率Q₂置零，获取35kV和10k逆变器功率下的最大电感值，其表达式为：

(7)

u₂＝0.9u₁

分别将光伏逆变器有功功率P₂和电网电压U₁代入式(7)，完成35kV和10k逆变器功率下最大电感值的获取。

进一步地，当满足约束条件2时，系统短路容量大于逆变器容量的3倍，获取35kV和10k逆变器功率下的最小电感值，其表达式为：

u₁*u₁/2πf(L₁+L₂)＞P₂*3 (8)。

进一步地，当满足约束条件3时，系统短路容量小于主变容量20MW，获取35kV和10k逆变器功率下的最大电感值，其表达式为：

u₁*u₁/2πf(L₁+L₂)＜20MW (9)。

进一步地，根据约束条件1～3，确定电抗器电感值约束范围：10kV:0～160mH；35kV：240mH～1.97H。

优选的，根据约束条件4，构建以20mH作为最小电感值单元组合，限流电抗器由20mH、20mH、40mH、80mH、80mH五台串联组合，短路电抗器由20mH、40mH、80mH、80mH四台串联组合。

与最接近的现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本方法的提出满足了当前主流光伏电站并网对低电压穿越测试平台的1.5MW检测能力的需求，解决对大规模光伏电站并网单元进行整体测试，以及不同电压等级接入的难题，填补了对光伏发电低电压穿越检测设备的多接入电压等级适应性的相关领域的技术空白；

提高了光伏低电压穿越检测设备的检测水平和利用率，且兼容性强；在减小检测成本的同时，为光伏并网检测业务带来极大便利。

附图说明

图1为本发明提供的一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法流程图；

图2为背景技术提供的光伏低电压穿越能力要求示意图；

图3为背景技术提供的低电压穿越检测设备原理图；

图4为本发明提供的低电压穿越检测设备电路图；

图5为本发明提供的电抗器投切的隔离开关分断示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明：

通过分析电压等级光伏电站特性可知，目前国内主流光伏电站并网单元均为两个500kW光伏逆变器经三线圈变压器进行并网，并网单元容量一般为1MW，组串式光伏逆变器组成单个并网单元也不会超过1.5MW，因此低电压穿越测试平台需具备1.5MW检测能力，从而能够对大规模光伏电站并网单元进行整体测试，光伏电站主要并网电压等级为10kV或35kV，测试平台必须满足不同电压等级接入问题。光伏电站主变容量一般约为20MVA，低电压穿越系统在进行测试时模拟电网故障容量不应超过20MVA。

低穿测试系统关键参数主要在于电抗器电感值的计算，而电抗器的参数直接决定了低电压穿越系统能否实现不同电压等级、不同电网阻抗范围的电站的测试需求，在相同电抗器参数不变的情况下，由于电网阻抗分压，对电压跌落深度产生一定影响。例如10kV光伏电站电网阻抗大致在1欧左右，而35kV光伏电站电网阻抗大致在3欧左右。

如图1所示，一种低电压穿越检测设备的多接入电压等级测试方法，所述方法包括：添加约束条件，获取不同约束条件下的电抗器电感值；其中，所述约束条件包括：

条件1：投入限流电抗器时，确保逆变器被测点电压降为90％以上，确保逆变器正常运行；

条件2：依据检测标准，使得空载时短路容量大于3倍被测逆变器容量；

条件3：设置系统短路容量小于光伏电站的主变容量，低于20MVA；

条件4：根据检测标准，使得低电压穿越检测满足20％的电压跌落值，在该跌落点短路和限流电抗比值为1：4；

条件5：根据不同光伏电站电网阻抗的差异性，设定35kV电网阻抗范围为0.5～10欧，10kV电网阻抗范围为0～5欧，基本能涵盖绝大部分光伏电站电网阻抗。

根据约束条件计算电抗器电感值包括：定义限流电抗器电感值L₁，短路电抗器电感值L₂，主网电压U₁，跌落点电压U₂，主网与跌落点之间的电压降Δu，跌落点流入电流I^*、逆变器功率P；获取满足所述约束条件的电抗器电感值。

当满足约束条件1时，变换跌落点电压d-q坐标，d为实轴，q为虚轴，则所述跌落点电压U₂的表达式为：

式(1)中，u₂为跌落点电压动态值，为跌落点电压在实轴上的分量，j为虚数，用于无功计算；为跌落点电压在虚轴上的分量；

所述主网与跌落点之间的电压降Δu的表达式为：

所述跌落点流入电流I^*的表达式为：

式(3)中，u₁为主网电压动态值，x为主网到跌落点之间的阻抗；

根据跌落点电压U₂和跌落点流入电流I^*获取视载功率S₂；其表达式为：

式(4)中，P₂为光伏逆变器有功功率，Q₂为光伏逆变器的无功功率；

结合式(1)～式(5)，根据主网到跌落点之间的阻抗x，获取限流电抗器电感值L₁，则：

x＝2πfL₁ (6)

式(6)中，f为50Hz，表示系统频率；L₁为限流电抗器电感值。

由于光伏逆变器仅输出有功功率，则将光伏逆变器的无功功率Q₂置零，获取35kV和10k逆变器功率下的最大电感值，其表达式为：

(7)

u₂＝0.9u₁

分别将光伏逆变器有功功率P₂和电网电压U₁代入式(7)，完成35kV和10k逆变器功率下最大电感值的获取。

当满足约束条件2时，系统短路容量大于逆变器容量的3倍，获取35kV和10k逆变器功率下的最小电感值，其表达式为：

u₁*u₁/2πf(L₁+L₂)＞P₂*3 (8)。

当满足约束条件3时，系统短路容量小于主变容量20MW，获取35kV和10k逆变器功率下的最大电感值，其表达式为：

u₁*u₁/2πf(L₁+L₂)＜20MW (9)。

根据约束条件1～3，确定电抗器电感值约束范围：10kV:0～160mH；35kV：240mH～1.97H。

根据约束条件4，设计以20mH作为最小电感值单元组合，限流电抗器由20mH、20mH、40mH、80mH、80mH五台串联组合，短路电抗器由20mH、40mH、80mH、80mH四台串联组合；不同电感值投入组合以及对应的电压跌落百分比如下表所示：

表1低穿测试系统跌落深度组合

如上表所示，优化电抗器电感值配比，设计限流电抗器为12种不同值组合，短路电抗器11种不同值组合，共计132种跌落组合，上表标阴影部分为满足35kV电压跌落的跌落点分布，斜体部分为满足10kV电压跌落的跌落点分布，其它为经计算的无效跌落点分布。因此通过投入不同电感值可以实现满足高精度的电压跌落。

35kV跌落点曲线共计77个点(不包括0穿)，在20％～90％内均有分布，分布点满足相关标准要求，并能适应0.5～10欧内多种电网阻抗类型。

10kV跌落点曲线共计28个点(不包括0穿)，在20％～90％内均有分布，分布点满足相关检测标准要求，并能适应0～5欧内多种电网阻抗类型。

如图4所示，图中显示了电抗器排列组合，以及所有电抗器投入时的连接方式。在实际运行中可以按照跌落深度组合表选择一些电抗器组合来接入投入运行，以适应多电压等级电网低电压穿越要求。

如图5所示，图中电抗器投切采用隔离开关分断的方式，通过隔离开关QS1～QS10可以 实现电抗器自由投切，以达到表1中不同电感值配比的效果。

实施例：

本方法可应用于研制高海拔低电压穿越移动式测试平台，完成青海海南州黄河水电、恒基伟业光伏电站、甘肃敦煌正太、中广核光伏电站、西藏日喀则地区力诺、山南地区保利协鑫光伏电站等多个现场完成并网测试工作。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。