程梓琨

摘要：本文分析課題討論一種并網(wǎng)小型光伏電站仿真短路能源電流計(jì)算輸出特性，提出一種并網(wǎng)小型光伏電站仿真短路電流計(jì)算結(jié)果等效虛擬模型，并基于一個(gè)digsilentu的仿真計(jì)算平臺(tái)，結(jié)合國(guó)際實(shí)例對(duì)電站短路電流計(jì)算結(jié)果模型進(jìn)行仿真對(duì)比比較分析，驗(yàn)證了該短路電流計(jì)算等效模型的準(zhǔn)確有效性。結(jié)果表明，區(qū)別于目前的電源，基于光伏逆變發(fā)電技術(shù)的光伏發(fā)電裝置的短路穩(wěn)壓電流飽和輸出特性主要特點(diǎn)取決于光伏逆變器短路電流輸出飽和控制模塊的電流限值。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)模型光伏電站;等效短路模型計(jì)算：等效短路模型

引言：以光伏為代表的清潔能源開發(fā)利用已經(jīng)日益成為社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。在我國(guó)清潔能源的開發(fā)采用“大規(guī)模集中式開發(fā)遠(yuǎn)距離輸送"和“分布式開發(fā)就地消納"并舉的種模式。其中分布式并網(wǎng)光伏電站的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)在滿足本地的供電負(fù)荷和可靠性需求，節(jié)能減排等方面具有重要的積極意義。但是，分布式并網(wǎng)光伏電站的接入在改變電網(wǎng)原有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向的同時(shí)，也給電網(wǎng)帶來了負(fù)面的影響，主要體現(xiàn)在規(guī)劃設(shè)計(jì)，電能質(zhì)量、運(yùn)行控制、安全保護(hù)、配電自動(dòng)化、電能交易等方面。

一、光伏逆變器的短路特性分析與計(jì)算

以光伏為主要代表的清潔利用能源開發(fā)綜合利用已經(jīng)日益深入成為我國(guó)社會(huì)各界密切關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。光伏系統(tǒng)的短路故障特性主要取決于其控制方式的特點(diǎn)，為了保證在電力系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)的短路電流不超過逆變器的限定值，一般會(huì)在控制回路中的電流內(nèi)環(huán)加入飽和模塊。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，內(nèi)環(huán)參考電流將受到限制，通過設(shè)置飽和模塊的上限，從而使得故障電流限制在允許得范圍內(nèi)，一般短路電流限制在額定電流得 1.2～1.5 倍。當(dāng)飽和模塊失效時(shí)，雙環(huán)控制系統(tǒng)得外環(huán)控制會(huì)失效，系統(tǒng)變?yōu)榧冸娏骺刂?。在目前我?guó)，清潔利用能源的綜合開發(fā)主要采用"大規(guī)模集中式開發(fā)，遠(yuǎn)距離輸送"和"分布式開發(fā)，就地消納"多措并舉2種開發(fā)模式。其中分布式光伏并網(wǎng)大型光伏電站的開工建設(shè)和投入運(yùn)營(yíng)在有效滿足本地的光伏供電系統(tǒng)負(fù)荷和電網(wǎng)可靠性提高需求，節(jié)能低碳減排等各個(gè)方面也都具有重要的積極意義。

光伏電站等效短路計(jì)算模型

光伏逆變器的短路故障特征主要有：①無論何種類型故障，逆變器的輸出功率方向能正確反映故障特征;②故障過程中存在較短的過渡過程，該過程中存在一定的諧波分量;③過渡過程中的時(shí)間以及峰值的影響因素很多，包括直流側(cè)電容、功率外環(huán)參數(shù)、輸入功率大小等;①在電網(wǎng)對(duì)稱和不對(duì)稱的故障情況下，逆變器均只輸出正序電流，沒有零序和負(fù)序電流。故障過程中，無論是單相故障、兩相故障或者三相故障，三相電流差別不大，無法通過電流選擇故障相別;⑤由于逆變器中限幅作用的影響，無法通過電流大小來區(qū)別故障發(fā)生的遠(yuǎn)近。光伏電站主要為逆流閥變型分布式光伏電源。

在此刻此時(shí)起，電壓電流外環(huán)的驅(qū)動(dòng)反饋控制回路將被完全破壞，雙環(huán)中的控制反饋回路也將變成了單獨(dú)的。當(dāng)電流外環(huán)控制反饋回路，其進(jìn)入?yún)⒖级说碾娏鲗⒆優(yōu)橐粋€(gè)不穩(wěn)定值。

二、光伏逆變器短路電流3次諧波及其對(duì)保護(hù)的影響分析

在直流變壓器中的差動(dòng)電流保護(hù)中，電流飽和互感器電壓飽和保護(hù)是必須并且要充分考慮的特殊保護(hù)問題。變壓器區(qū)外短路故障時(shí)，如果發(fā)生短路差動(dòng)電流頻率過大，則容易直接造成短路電流通過互感器短路飽和，使得短路電流通過互感器二次側(cè)的短路電流產(chǎn)生波形從而出現(xiàn)短路畸變，產(chǎn)生短路差流，可能直接引起短路差動(dòng)電流保護(hù)的誤動(dòng)作。為了有效防止電源變壓器上的區(qū)內(nèi)電流故障因?yàn)闀r(shí)差和制動(dòng)特性保護(hù)被誤觸或閉鎖，從而導(dǎo)致區(qū)內(nèi)故障不能及時(shí)切除，目前電子工程技術(shù)應(yīng)用中一般的諧波處理故障方法主要是：分別設(shè)置高、低2種不同斜向頻率的中高比率電流制動(dòng)保護(hù)特性，當(dāng)區(qū)內(nèi)諧波閉鎖判據(jù)不能滿足時(shí)，閉鎖依靠低值和高比率電流差動(dòng)特性保護(hù)，依靠具有抗電流飽和干擾能力更強(qiáng)的高電壓值和低比率電流差動(dòng)特性保護(hù)才能切除區(qū)內(nèi)故障。在這類傳統(tǒng)供電系統(tǒng)中，使得高壓低值和大比率高壓差動(dòng)電流保護(hù)閉鎖的主要諧波因素為電流電壓互感器即在飽和時(shí)所產(chǎn)生，而由于電流電壓互感器在飽和時(shí)電流短路動(dòng)作電流必然很大，所以故障區(qū)內(nèi)短路故障區(qū)的電流電壓互感器在飽和時(shí)仍然具有很大的電流動(dòng)作短路電流，高壓低值和大比率高壓差動(dòng)電流保護(hù)閉鎖能可靠利用動(dòng)作電流切除短路故障。但在光伏并網(wǎng)供電系統(tǒng)中，閉鎖高于低值差動(dòng)比率低的差動(dòng)電流保護(hù)的三次短路諧波并不一定由大電流差動(dòng)互感器供電飽和故障造成，而且由于受光伏逆變器動(dòng)作限幅增大的影響，光伏側(cè)同時(shí)提供的三次短路保護(hù)電流很小，如果切斷聯(lián)絡(luò)線時(shí)間較長(zhǎng)或者供電系統(tǒng)較弱，則系統(tǒng)側(cè)同時(shí)提供的三次短路保護(hù)電流也不大，此時(shí)每當(dāng)發(fā)生光伏變壓器保護(hù)區(qū)內(nèi)供電故障時(shí)，將可能造成保護(hù)區(qū)內(nèi)所有故障電源無法及時(shí)切除，威脅影響到光伏變壓器供電設(shè)備的安全和系統(tǒng)的穩(wěn)定正常運(yùn)行。為了有效解決上述技術(shù)問題，可以從電源逆變器技術(shù)控制、保護(hù)技術(shù)判據(jù)兩兩個(gè)方面入手提出一套相應(yīng)的技術(shù)應(yīng)對(duì)實(shí)施策略。

基波保護(hù)角的判據(jù)技術(shù)方面，由于現(xiàn)在電流短路互感器在嚴(yán)重飽和時(shí)，電流短路互感器的二次短路電流仍然具有較大的基波分量，而由于電流短路互感器嚴(yán)重飽和時(shí)，二次波的電流短路波形可能會(huì)因此出現(xiàn)明顯的基波間斷性偏角;而光伏光電逆變器用戶提供的電流短路二次電流基波幅值一般不會(huì)小于2倍額定值，也不會(huì)因此出現(xiàn)明顯間斷性的角。

結(jié)束語(yǔ)：

在今后的配網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃中應(yīng)進(jìn)一步加大主、配網(wǎng)之間，以及與地方城市建設(shè)規(guī)劃的有效銜接力度加強(qiáng)配網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究和建設(shè)，試點(diǎn)開展電纜旁路作業(yè)減少檢修停電范圍;根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司要求探討配網(wǎng)狀態(tài)檢修，制定實(shí)施方案;深化配電自動(dòng)化實(shí)用化應(yīng)用，提升自動(dòng)化和智能化水平繼續(xù)提高城市供電可靠性。

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