用于低电压穿越测试的电压跌落发生器及其控制方法
【专利摘要】本发明提供了用于低电压穿越测试的电压跌落发生器及其控制方法，电压跌落发生器通过升压变压器与光伏并网发电单元连接；电压跌落发生器包括旁路开关S1、短路开关S2、接地组合开关S3、接地组合电抗Xp和限流组合电抗XS；升压变压器高压侧为Y接法，升压变压器通过限流组合电抗XS与电网连接，旁路开关S1与限流组合电抗XS并联；升压变压器、短路开关S2、接地组合电抗Xp和接地组合开关S3串联，升压变压器高压侧中性点与接地组合开关S3另一端相连后接地。本发明能够模拟如三相对称跌落、单相接地、两相接地、两相短路等各种电网电压故障类型，实现以5%电网额定电压为步长，跌落深度从0%至100%电网额定电压的全范围20种均匀跌落深度的电网电压模拟故障跌落。
【专利说明】用于低电压穿越测试的电压跌落发生器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光伏并网逆变器检测领域的检测装置，具体讲涉及一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]随着光伏产业迅猛发展，光伏发电在电网中所占比例不断增大。如果在电网发生故障导致电压跌落时，大容量光伏并网发电单元不能维持电网的电压和频率，将对电力系统稳定性产生重大影响。光伏并网逆变器作为大中型光伏电站的核心部件，必须具备低电压穿越能力。因此，作为光伏并网逆变器检测实验室必须具有检测装置用于检测光伏并网逆变器是否具有低电压穿越能力。
[0003]低电压穿越检测装置通过电压跌落发生器来实现。目前电压跌落发生器方案有3类:阻抗分压形式、变压器形式和电力电子变换形式。基于阻抗分压形式和变压器形式实现的电压跌落发生器属于无源电压跌落发生器，其中基于阻抗分压式方案用电抗器对电网侧分压，通过调整电抗器参数来控制电压跌落深度，能逼真模拟电网故障现象，在实际工程中容易实施，可靠性高，为目前最为常见的一种方案；变压器形式实现的电压跌落发生器，通过带中心抽头的变压器实现，但是变压器体积和重量很大，不便于携带，同时工艺比较复杂。除此之外，基于电力电子变换形式实现的电压跌落发生器为有源电压跌落发生器，形式比较灵活，功能强大，但是对于大功率光伏并网发电系统，使用电力电子器件成本高，控制复杂，可靠性不高，同时器件本身抵抗电网故障时电压、电流冲击能力有限。
[0004]在国际标准的风电接入电网的相关系列中，已经规定了采用无源电抗器接地短路或相间短路来模拟电网故障。《接入中压、高压、超高压电网的发电单元及系统技术导则》TR3中明确指出，参照IEEE61400-21《并网风机电能质量特性的测量与评估》中的电路图进行低电压穿越，如图1所示:
[0005]其中阻抗Z1称为限流电抗器，是用来限制短路时对上级电网的影响(Lx往往会并联有旁路开关。Z2的称为短路电抗器，根据需要跌落的幅值来调节Z2的大小。通过合上开关S来模拟电网电压跌落，开关S应能够准确地闭合和断开的时间，可用机械断路器或电力电子器件来实现。
[0006]国标GB/T19964《光伏发电站接入电力系统技术规定》也规定低电压穿越检测装置宜使用如图1所示的无源电抗器模拟电网电压跌落，检测装置应满足以下要求:
[0007](I)装置应能模拟三相对称电压跌落、相间电压跌落和单相电压跌落；
[0008](2)限流电抗器和短路电抗器均应可调，能产生不同深度的电压跌落；检测应至少选取5个跌落点，其中应包含0%额定电压和20%Un跌落点，其他各点应在(20%?50%)Un、(50%?75%)Un、(75%?90%)Un三个区间内均有分布，并按照GB/T19964中曲线要求选取跌落时间；
[0009](4)三相对称短路容量应为被测光伏逆变器容量的3倍以上；
[0010](5)开关S应使用机械断路器或电力电子开关；[0011](6)电压跌落时间与恢复时间应小于20ms ；
[0012](7)电压跌落幅值容差为土 5%，其中0%与20%跌落点电压跌落幅值容差为+5%，如图2GB/T19964规定的低电压穿越检测装置电压跌落幅值容差示意图所示。
[0013]上述国标GB/T19964中规定的低电压穿越曲线如图3所示，规定当并网点电压在此LVRT标准曲线轮廓及以上区域内时，光伏并网逆变器必须确保不间断并网运行；反之，则允许光伏并网逆变器停止并网发电。其相对于国家电网标准Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》，关键在于增加规定了零电压穿越，且0%至20%之间电压穿越必须持续125ms ;另外，0%与20%空载跌落点电压跌落幅值容差为+5%，其它空载跌落点电压跌落幅值容差为±5%。
[0014]现有的光伏并网逆变器的低电压穿越测试能实现20%至90%跌落深度范围内的5个跌落深度的电压跌落，如90%、80%、60%、40%和20%，适用于国家电网标准Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》。但不具备零电压穿越能力，且无法进一步规范对能模拟实现的电网电压跌落深度的数量和精度。
[0015]因此，如何基于阻抗形式实现0%至100%全范围高精度电压跌落的电压跌落发生器的设计与研发成为低电压穿越测试规定顺利实施的关键。
[0016]另外，目前用于光伏并网逆变器低电压穿越测试的电压跌落发生器一般都得根据具体的三相电网电压等级U和电网内部阻抗a进行拓扑结构的设计和各三相电抗器的电抗值的计算，如针对IOkV的三相电网得设计一套拓扑结构，并相应计算三相电抗器的电抗值的大小；若针对35kV的电网又得设计一套拓扑结构，并相应计算三相电抗器的电抗值的大小；另外，即使电网电压等级一样，若电网内部阻抗差异较大，也得重新进行拓扑结构以及三相电抗器的电抗值的计算，相应地内部各开关的控制逻辑也得更改。
[0017]因此，如何针对电网内部阻抗为a，电压等级为U的三相电网，提出一种通用的用于光伏并网逆变器低电压穿越测试的电压跌落发生器设计方法也成为此种电压跌落发生器的另一关键。
【发明内容】
[0018]为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器及其控制方法，针对电网内部阻抗为a，电压等级为U的三相电网，能够模拟如三相对称跌落、单相接地、两相接地、两相短路等各种电网电压故障类型，且能实现以5%电网额定电压为步长,跌落深度从0%至100%电网额定电压的全范围20种均匀跌落深度的电网电压模拟故障跌落。
[0019]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0020]一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，所述电压跌落发生器通过升压变压器与光伏并网发电单元连接；其改进之处在于:
[0021]所述电压跌落发生器包括旁路开关S1、短路开关S2、接地组合开关S3、接地组合电抗Xp和限流组合电抗Xs ；
[0022]所述升压变压器高压侧为Y接法，所述升压变压器通过所述限流组合电抗Xs与电网连接，所述旁路开关S1与所述限流组合电抗Xs并联；所述升压变压器、所述短路开关s2、所述接地组合电抗Xp和所述接地组合开关S3串联，所述升压变压器的高压侧中性点与所述接地组合开关S3另一端相连后共接地。
[0023]进一步的，所述限流组合电抗Xs包括串联的限流组合电抗一和限流组合电抗二 ；
[0024]所述限流组合电抗一包括并联的三相电抗器X1和三相断路器K1 ；
[0025]所述限流组合电抗二包括并联的三相电抗器X2、X3> X4> X5，三相电抗器X2与X3、X3与X4、X4与X5两端之间分别通过三相断路器K2与K4、K5与K7、K8与Kltl连接；
[0026]所述限流组合电抗一与三相电抗器X2和三相断路器K4相连端连接，所述电网与三相电抗器X5和三相断路器K8相连端连接；
[0027]所述三相电抗器X2和三相断路器K4的另一端分别与三相断路器K3两端相连；
[0028]所述三相电抗器X3和三相断路器K7的另一端分别与三相断路器K6两端相连；
[0029]所述三相电抗器X4和三相断路器Kltl的另一端分别与三相断路器K9两端相连。
[0030]进一步的，所述接地组合电抗Xp包括串联的接地组合电抗一和接地组合电抗二 ；
[0031]所述接地组合电抗一包括并联的三相电抗器X6和三相断路器K11 ；
[0032]所述接地组合电抗二包括并联的三相电抗器X7、X8> X9> X10,三相电抗器X7与X8、X8与X9、X9与Xltl两端之间分别通过三相断路器K12与K14、K15与K17、K18与K2tl连接；
[0033]所述接地组合电抗一与三相电抗器X7和三相断路器K14相连端连接，所述接地组合开关S3的单相断路器侧与三相电抗器Xltl和三相断路器K18相连端连接；
[0034]所述三相电抗器X7和三相断路器K14的另一端分别与三相断路器K13两端相连；
[0035]所述三相电抗器X8和三相断路器K17的另一端分别与三相断路器K16两端相连；
[0036]所述三相电抗器X9和三相断路器K2tl的另一端分别与三相断路器K19两端相连。
[0037]进一步的，所述光伏并网发电单元包括相连的光伏阵列和光伏并网逆变器，所述光伏并网逆变器与所述升压变压器相连；
[0038]所述接地组合开关S3包括串联的单相断路器组和接地开关N ;所述单相断路器组包括并联的分别控制三相电的单相断路器；所述接地开关N为三相断路器。
[0039]进一步的，所述限流组合电抗Xs与所述接地组合电抗Xp中三相电抗器的电抗值分别为:
[0040]
【权利要求】
1.一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，所述电压跌落发生器通过升压变压器与光伏并网发电单元连接；其特征在于: 所述电压跌落发生器包括旁路开关S1、短路开关S2、接地组合开关S3、接地组合电抗Xp和限流组合电抗Xs; 所述升压变压器高压侧为Y接法，所述升压变压器通过所述限流组合电抗Xs与电网连接，所述旁路开关S1与所述限流组合电抗Xs并联；所述升压变压器、所述短路开关S2、所述接地组合电抗Xp和所述接地组合开关S3串联，所述升压变压器的高压侧中性点与所述接地组合开关S3另一端相连后共接地。
2.如权利要求1所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述限流组合电抗Xs包括串联的限流组合电抗一和限流组合电抗二 ； 所述限流组合电抗一包括并联的三相电抗器X1和三相断路器K1 ； 所述限流组合电抗二包括并联的三相电抗器x2、x3、x4、x5，三相电抗器X2与x3、x3与x4、X4与X5两端之间分别通过三相断路器K2与K4、K5与K7、K8与Kltl连接； 所述限流组合电抗一与三相电抗器X2和三相断路器K4相连端连接，所述电网与三相电抗器X5和三相断路器K8相连端连接； 所述三相电抗器X2和三相断路器K4的另一端分别与三相断路器K3两端相连； 所述三相电抗器X3和三相断路器K7的另一端分别与三相断路器K6两端相连； 所述三相电抗器X4和三相断路器Kltl的另一端分别与三相断路器K9两端相连。
3.如权利要求1所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述接地组合电抗Xp包括串联的接地组合电抗一和接地组合电抗二 ； 所述接地组合电抗一包括并联的三相电抗器X6和三相断路器K11 ； 所述接地组合电抗二包括并联的三相电抗器x7、X8> X9> Xltl,三相电抗器X7与\、X8与X9> X9与Xltl两端之间分别通过三相断路器K12与K14、K15与K17、K18与K2tl连接； 所述接地组合电抗一与三相电抗器X7和三相断路器K14相连端连接，所述接地组合开关S3的单相断路器侧与三相电抗器Xltl和三相断路器K18相连端连接； 所述三相电抗器X7和三相断路器K14的另一端分别与三相断路器K13两端相连； 所述三相电抗器X8和三相断路器K17的另一端分别与三相断路器K16两端相连； 所述三相电抗器X9和三相断路器K2tl的另一端分别与三相断路器K19两端相连。
4.如权利要求1所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述光伏并网发电单元包括相连的光伏阵列和光伏并网逆变器，所述光伏并网逆变器与所述升压变压器相连； 所述接地组合开关S3包括串联的单相断路器组和接地开关N ;所述单相断路器组包括并联的分别控制三相电的单相断路器；所述接地开关N为三相断路器。
5.如权利要求2-4任一项所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述限流组合电抗Xs与所述接地组合电抗Xp中三相电抗器的电抗值分别为:
6.如权利要求1所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述电压跌落发生器通过改变接地组合开关S3中的三个所述单相断路器和所述接地开关N的开关状态，模拟产生各种类型的电网电压故障。
7.如权利要求1所述的一种用于低电压穿越测试的电压跌落发生器，其特征在于:所述电压跌落发生器通过改变限流组合电抗Xs和接地组合电抗Xp中各三相电抗器的串并联组合方式，改变限流组合电抗Xs和接地组合电抗Xp的电抗值大小，实现以5%电网额定电压为步长，从0%至100%电网额定电压全范围电压跌落。
8.一种应用于电压跌落发生器的控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 1、测量三相电网电压等级U和电网内部阻抗a; I1、建立电压跌落发生器，并确定限流组合电抗Xs与接地组合电抗Xp中三相电抗器的电抗值大小； II1、当光伏并网逆变器正常工作时，闭合旁路开关S1，断开短路开关S2，等待低电压穿越检测； IV、低电压穿越检测，选择接地组合开关S3中开关的组合方式，模拟电网电压故障； V、根据当前设定的跌落至额定电压的百分比h选择限流组合电抗Xs与接地组合电抗Xp中的开关组合方式； V1、先断开旁路开关S1，在闭合短路开关S2，并网点电压开始跌落； VI1、并网点电压跌落持续一定时间后，先断开短路开关S2，再闭合旁路开关S1，并网点电压开始恢复，回到步骤III。
9.如权利要求8所述的一种应用于电压跌落发生器的控制方法，其特征在于:所述步骤II中，如下式确定限流组合电抗Xs与接地组合电抗Xp中三相电抗器的电抗值大小:
【文档编号】G01R1/28GK103543306SQ201310520678
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】郑飞, 张军军, 张晓琳 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院