光伏逆变器短路电流3次谐波及其对保护的影响分析

系统发生不对称故障时,短路电流、电压中出现负序分量,导致光伏逆变器直流母线电压中产生二倍频振荡,该振荡分量经过控制回路流通后将在光伏逆变器输出短路电流中生成3次谐波。推导了逆变器输出短路电流3次谐波的解析表达式,计及光伏逆变器的限幅控制特性、负序控制策略、低电压穿越策略,研究了3次谐波的变化特性,然后分析了3次谐波对变压器差动保护电流互感器饱和判据的影响,指出某些工况下光伏逆变器输出短路电流中的3次谐波含量较大,可能造成变压器差动保护误闭锁,导致变压器区内故障无法切除,并提出了相应的应对策略。大量的仿真试验结果验证了理论分析的正确性。     

电网不对称故障下光伏逆变器预测控制方法

以光伏并网逆变器在电网不对称故障下的控制策略为研究对象,建立了并网逆变器在电网发生不对称故障时的数学模型,并对功率特性进行了分析,进而提出了电网不对称故障下基于模型预测电流控制的光伏并网逆变器控制策略,并在PSCAD/EMTDC平台上分别进行了以抑制有功功率波动为目标和抑制负序分量电流为目标的仿真实验。研究结果表明,模型预测电流控制方法能够使逆变器的输出电流迅速地跟随参考电流指令,具有良好的动稳态特性。在电网不对称故障下,不需要电网电流进行相序分解便可以实现对各序电流的有效控制,能够抑制三相电网电压不对称所引起的有功功率波动和负序电流,该方法控制算法简单,数字信号处理实现容易,在光伏逆变器的控制中具有工程价值。     

对称和不对称故障下的并网光伏逆变器低电压穿越研究

从改变控制策略上,成功实现电网故障下光伏逆变器的低电压穿越。分别提出了抑制对称故障的直接功率控制策略和抑制不对称故障的基于正序、负序电流的双闭环矢量控制策略。在对称故障时,采用限功率运行的方法改变输入功率指令,减少光伏电池对电网的输出功率,实现电网对称故障下的成功穿越。在不对称故障时,提取出电网中的正序和负序分量,采用正序和负序电流双闭环矢量控制,有效地抑制了瞬时电流冲击。仿真结果表明,两种不同故障工况下控制策略的合理性和有效性。     

分布式光伏电源对配电网短路电流影响的仿真分析

为应对分布式光伏电源接入配电网的挑战,从分布式光伏并网逆变器的电路拓扑和控制策略出发,仿真分析了并网逆变器在配电网发生三相相间短路故障、两相相间短路故障以及分布式光伏电源不同出力时输出电流的变化特性,同时仿真分析了逆变器自身绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor,IGBT)器件开路、交流侧单相断线故障时输出电流的变化特性,得出无论配电网发生三相或两相短路,由光伏供出的短路电流都不超过其额定电流的1.5倍的结论,并对逆变器自身故障的保护提出了要求。     

分布式光伏电源对配电网短路电流影响的仿真分析

为应对分布式光伏电源接入配电网的挑战,从分布式光伏并网逆变器的电路拓扑和控制策略出发,仿真分析了并网逆变器在配电网发生三相相间短路故障、两相相间短路故障以及分布式光伏电源不同出力时输出电流的变化特性,同时仿真分析了逆变器自身绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)器件开路、交流侧单相断线故障时输出电流的变化特性,得出无论配电网发生三相或两相短路,由光伏供出的短路电流都不超过其额定电流的1.5倍的结论,并对逆变器自身故障的保护提出了要求。     

负序电压前馈补偿的三相光伏逆变器不平衡单周控制策略

鉴于电网不对称故障时有发生,提出一种基于负序电压前馈补偿的三相光伏并网逆变器不平衡单周控制策略,并设计了三相PWM逆变器不平衡单周控制系统。该控制策略对并网电流反馈量进行电网负序电压前馈补偿,可实现脉宽调制逆变器恒功率控制,大大简化了控制器的参数整定,且无需计算并网电流正、负序分量。实验结果表明,该控制策略仅使用一个传统PI控制器即可从根本上抑制电网电压不平衡时逆变器直流侧电压2次谐波和并网电流畸变,同时获得了较理想的静态特性和动态特性。     

不对称故障下低电压穿越的多目标解耦控制策略

在传统不对称故障低电压穿越控制中,囿于控制自由度有限,并网逆变器控制存在输出电流负序分量和直流侧电压二倍频波动抑制两个目标无法同时实现的问题。针对该问题,本文提出了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,在所提控制策略下逆变器三相间的不平衡度降低,输出电流畸变得到改善,直流侧电压二倍频波动相比传统控制方法明显减小。     

基于三相对称的光伏逆变器输出短路电流研究

采用光伏并网逆变器输出对称三相正弦交流电流为控制目标的电压电流控制策略.并与恒功率控制策略进行对比分析,论证了电网故障时采用对称三相电流输出控制策略的优越性。在该控制策略基础上基于瞬时功率理论推导得出光伏并网逆变器输出有功无功与d,q轴电流分量的关系解析式,根据坐标变换理论,推导确定了光伏并网逆变器输出短路电流的峰值与光伏并网逆变器输出有功无功及电网电压正序分量间的函数关系式。通过软件仿真验证了所提基于三相电流对称的光伏逆变器输出短路电流计算方法的可行性,并搭建了实验电路进一步验证了推导的光伏并网逆变器输出短路电流峰值表达式的正确性。     

电网不对称故障下H桥并联型逆变器的控制

针对H桥并联型并网逆变器在电网不对称故障下出现的负序电流和并网输出功率波动问题,采用一种切换控制算法,在电网电压正常时采用P-Q控制并网逆变器向电网输出稳定的功率,在电网不对称故障时对正、负序电流分别控制以消除负序电流的影响。仿真和实验结果验证了所采用切换控制算法的可行性。     

自然坐标系下的光伏零电压穿越

为了实现光伏并网逆变器零电压穿越(zero-voltage ride through,ZVRT),提出一种自然坐标系下的ZVRT控制策略,该控制无需锁相环和减少坐标变换,降低了控制的复杂度,同时避免因锁相环引起的控制延迟导致的并网电流的过冲。分别讨论对称和不对称故障下并网光伏逆变器ZVRT控制,在对称故障时,采用有功、无功电流协调控制实现ZVRT;在不对称故障时,通过抑制并网电流负序分量,协调控制正序有功、无功电流,实现ZVRT。仿真结果表明了2种不同故障工况下光伏并网逆变器ZVRT控制策略的合理性和有效性。     

不对称电压暂降情况下光伏逆变器输出电流峰值的控制策略

不对称电压暂降在电网实际运行中时有发生,此时电压负序分量的出现将导致光伏逆变器输出功率波动和三相电流畸变;同时电压暂降情况下电压幅值的降低使得输出电流峰值的增大,进而给光伏系统运行带来安全隐患。为此,需进行不对称电压暂降情况下光伏逆变器输出电流峰值控制策略的研究。对目前研究较为广泛的不对称电压暂降情况下光伏逆变器控制方法进行了分析,着重研究了光伏逆变器的三相输出电流,给出了三相电流峰值和可能出现的最大电流峰值的计算方法,进而提出了限制电流峰值的方法,能够保证不对称电压暂降情况下光伏逆变器输出电流不会超出最大电流限值。仿真分析验证了所提方法的有效性。     

光伏逆变器对称短路电流特性及等效模型研究

随着光伏发电渗透率的提高,其短路电流特性已经无法忽视。详细阐述了单级式光伏逆变器的拓扑结构、数学模型及并网控制,提出了一种基于无功电流注入的低电压控制策略。在此基础上定性分析了光伏逆变器对称短路电流特性,通过电流环控制参数设计并忽略直流电压的动态过程将其简化为受控电流源。最后,基于DIgSILENT/PowerFactory建立了详细的单级式光伏发电系统电磁暂态及受控源等值模型。仿真结果表明:当并网点电压因对称三相短路故障而导致轻度跌落或重度跌落时,电压环的动态响应是可以忽略的;当发生较深跌落但尚未使逆变器过流时,逆变器输出电流的暂态特性主要受有功电流影响;控制策略切换前后逆变器输出电流相位将发生偏移。实例分析验证了简化模型的有效性,为深入研究逆变型接口电源的故障特性奠定了基础。     

正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析

为揭示电网不对称故障下逆变型分布式电源的故障特征及机理,基于功率平衡和特性受控的思想,推导了基于正负双序独立控制策略下的短路电流表达式并分析了短路电流的影响因素。分析结果表明:逆变型分布式电源的正、负序电流dq轴分量是电压跌落作用下的二阶响应,三相正、负序电流由于二阶响应的超调一般呈现先逐渐增大后衰减到稳态值的趋势;逆变型分布式电源不对称故障电流的稳态值与输出的有功功率、无功功率以及正序电压、负序电压大小有关,暂态特性与变流器的控制参数以及故障瞬间电流相位紧密相关。PSCAD仿真和录波数据验证了理论推导的正确性。分析方法能够有效地表征逆变型分布式电源的故障特征,为通过变流器并网元件的故障特征分析和相关继电保护研究提供了理论参考。     

具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性

新能源电源大规模接入电网背景下,电网故障特征发生根本性改变,电网继电保护正面临新挑战。由于新能源电源故障特性与其所用变换器控制紧密相关,而变换器具体采用的控制策略随生产厂家不同而不同,一般也不公开,所以这些因素使得揭示新能源电源短路电流特性成为难题。针对逆变型新能源电源(IIREG),提出了基于并网逆变器与直流卸荷电路协调控制的故障穿越策略,确保IIREG穿越不对称度100%的故障。以此为基础,分析逆变器控制策略与IIREG短路电流特性间关联规律,进一步从理论上推导出了不依赖逆变器控制结构及参数的IIREG稳态短路电流计算公式。最终,采用硬件在环实验,验证了所提故障穿越策略与IIREG稳态短路电流表达式的有效性和正确性,同时通过分析故障类型、位置及所接电网短路容量水平对IIREG故障电流特性的影响,揭示了IIREG与常规同步电机相比的差异。这为含IIREG电网继电保护适应性分析及配置整定研究提供理论支撑。     

光伏逆变器短路特性分析

通过理论分析、故障仿真和试验等方法,系统研究了光伏逆变器的故障特性。阐述光伏逆变器的拓扑结构和双环控制原理,建立光伏发电系统的仿真模型。仿真不同短路故障时光伏逆变器的输出特征,分析影响光伏逆变器输出特征的主要因素,给出了某光伏逆变器的试验数据。研究表明,与传统同步电机电源相比,光伏电源馈出的短路电流在其基本组成、衰减速率以及幅值特征等方面均存在较大差异,将对微网保护性能带来直接影响。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

光伏逆变器短路特性分析

通过理论分析、故障仿真和试验等方法,系统研究了光伏逆变器的故障特性。阐述光伏逆变器的拓扑结构和双环控制原理,建立光伏发电系统的仿真模型。仿真不同短路故障时光伏逆变器的输出特征,分析影响光伏逆变器输出特征的主要因素,给出了某光伏逆变器的试验数据。研究表明,与传统同步电机电源相比,光伏电源馈出的短路电流在其基本组成、衰减速率以及幅值特征等方面均存在较大差异,将对微网保护性能带来直接影响。     

基于综合电流幅值比的永磁直驱风力发电机送出线路纵联保护

随着能源转型不断深入，配电网结构向电力电子化的多端网络转变。受逆变器型电源控制策略的影响，接入高比例逆变器型电源的送出线路电流保护方法容易失效。依据永磁直驱风力发电机接入配电网的故障限流特性，研究了一种基于综合电流幅值比的风机送出线路纵联保护方法。根据被保护线路两侧电流故障前后的比值差异，提出了全电流幅值比判据；同时，为提高保护的耐过渡电阻能力，构建了负序电流幅值比判据。在不同故障场景下，通过PSCAD仿真，验证了所提方法的可行性。     

分布式光伏逆变器并网侧短路暂态特性分析

随着光伏发电的成本降低,越来越多的户用光伏发电系统分散接入配电网,给电网的运行管理带来了一定的风险。文中从分布式光伏并网逆变器的电路拓扑和控制策略出发,对逆变器在不同开关模态下的短路故障的暂态特征进行了分析,研究了不同导通逻辑下短路电流的变化趋势,并对逆变器在不同输出功率、跌落深度和跌落相位角等工况条件下进行了短路试验。试验结果表明,逆变器网侧短路时由于电感两端的磁势失衡,会引起电感电流的瞬时上升,在经过逆变器固有的惯性延迟后,内部的控制环路通过对开关管占空比的调节能够抑制电流的上升,最后由逆变器本体保护动作封锁驱动,不会引起越级跳闸事故。     

不平衡情况下光伏多电平逆变器的控制策略研究

电网发生不对称故障时,电网电压中存在的负序分量会对光伏并网控制造成影响。为了消除逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波,采用了正、负序独立旋转坐标系的控制方法,做了基于光伏三电平逆变器的电网不平衡情况下的并网控制策略仿真。仿真结果表明采用正、负序独立旋转坐标系的控制方法,逆变器交流侧电流和直流侧电压的谐波得到有效抑制。