青海共和20MW和50MW光伏电站逆变器频率电压耐受性能评估及仿真建模研究

青海共和20MW和50MW光伏电站逆变器频率电压耐受性能评估及仿真建模研究

马军 2.张光奎 3.朱志国

 中利腾晖共和光伏发电有限公司  青海省海南藏族自治州  813099  北京京能国际控股有限公司西北分公司  宁夏银川  750000    北京京能国际控股有限公司西北分公司  宁夏银川  750000

摘要：本研究以青海共和地区的20MW和50MW光伏电站为对象，对其逆变器的频率电压耐受性能进行了评估与仿真建模研究。首先对光伏电站逆变器的基本原理进行了概述，阐述了其在光伏发电系统中的重要作用。随后针对20MW和50MW光伏电站进行了简要介绍。评估对逆变器在不同电压和频率条件下的性能进行了全面研究。研究结果表明20MW和50MW光伏电站逆变器对电网电压和频率的变化有良好的适应性，能够确保光伏电站的稳定运行。本研究提出了进一步提高逆变器性能和探索智能化运行的建议，为清洁能源领域的可持续发展提供了重要参考。

关键词：光伏电站；逆变器；频率电压耐受性能

引言

随着全球对可再生能源的需求不断增长，光伏发电作为清洁能源的重要来源之一，受到了广泛关注。然而，由于光伏电站的输出电能为直流电，而大多数电力系统需要交流电输入，因此逆变器作为光伏发电系统中的核心部件，起着至关重要的作用。在实际运行过程中，光伏电站逆变器需要能够稳定地适应电网电压和频率的波动，以确保光伏电站的可靠运行和安全接入电网。

本研究旨在对青海共和地区20MW和50MW光伏电站的逆变器频率电压耐受性能进行评估与分析，并通过仿真建模研究，探讨逆变器在电压和频率变化条件下的稳定性和可靠性。通过深入研究光伏电站逆变器的性能，旨在为光伏发电系统的稳定运行和电网接入提供重要参考依据，同时促进清洁能源的可持续发展。

本研究将重点针对20MW和50MW光伏电站逆变器在面对电网电压和频率变化时的耐受性能进行评估和分析。我们将对其性能进行模拟研究和验证，以确保评估结果的准确性和可靠性。

一、逆变器频率电压耐受性能概述

 逆变器作为光伏发电系统的核心组件，主要功能是将光伏电池组件产生的直流电转换为交流电，以便在家庭、工业或公共电网中使用。其基本原理包括以下几个方面：

1. 直流电转换为交流电：光伏电池组件产生的电能是直流电，而大多数电网系统需要的是交流电。逆变器能够将直流电转换为符合电网要求的交流电，以便供电网络使用。

2. 电压和频率控制：逆变器能够根据电网的要求控制输出交流电的电压和频率，以确保其与电网的电压和频率保持同步。

3. 效率和稳定性：优秀的逆变器应具有高转换效率，能够最大限度地转换光伏电池产生的电能，并保持输出电能的稳定性，以确保电网稳定运行。

4. 监测和保护功能：逆变器通常配备有监测和保护功能，可以监测电站的性能并实时反馈信息，以便在发生故障或异常情况时能够及时采取保护措施，保证电站的安全运行。

对这些原理的深入理解对于评估逆变器的频率电压耐受性能以及光伏电站的稳定运行至关重要。

二、青海共和光伏电站概况

青海共和地区作为中国重要的光伏能源基地之一，拥有多个规模庞大的光伏电站。其中，20MW和50MW光伏电站作为当地光伏能源的重要组成部分，为区域能源结构调整和可持续发展做出了积极贡献。

20MW光伏电站位于青海共和地区。该电站采用先进的光伏发电技术，利用当地丰富的阳光资源，通过光伏电池组件将太阳能转换为电能。20MW光伏电站在推动当地清洁能源发展、改善能源结构、降低碳排放等方面发挥了重要作用。

50MW光伏电站位于青海共和地区。该电站规模更大，采用先进的光伏发电技术和设备，能够有效地将太阳能转化为电能。50MW光伏电站的建设和运行为当地经济发展带来了积极影响，为提高当地清洁能源利用率、降低能源消耗和环境污染做出了重要贡献。

三、20MW和50MW光伏电站逆变器频率电压耐受性能评估实验设计

3.1频率耐受能力试验

通过检测确认青海共和20MW电站2种型号的逆变器具备以下不同频率的耐受能力：逆变器在不同频率范围内的运行规定

3.2 低电压穿越测试

确认2种型号的逆变器满足《青海电网新能源发电技术要求》中低电压穿越技术要求，即：

（1）无功低穿电流系数:自电站并网点电压低于低穿阈值时刻起，光伏电站需提供动态无功电流，动态无功电流增量△I段q_LVRT应实时跟踪并网点电压变化：

△I段q_LVRT≥K1×(ULV-UT)I段N(0.2p.u.≤UT≤0.9p.u.)

△I段q_LVRT≥1.05×I段N(UT<0.2p.u.)

（2）有功低穿电流系数：电站低穿过程中要求无功电流优先输出，在设备不过流的前提下，低穿期间有功电流应维持故障前有功电流值：

I段p_LVRT=K2×I段p0

（3）故障后有功功率恢复速率：自电压恢复至低穿阈值ULV时刻开始，电站以3倍额定功率/秒以上的变化率恢复至故障前的有功功率值。

△I段q_LVRT=0(UT>0.9p.u.)

3.3 高电压穿越测试

确认2种型号的逆变器满足《附件：青海电网新能源发电技术要求》中高电压穿越技术要求，即：无功高穿电流系数。自光伏电站并网点电压高于高穿阈值时刻起，光伏电站需吸收动态无功电流，动态无功电流增量△I段q_LVRT应实时跟踪并网点电压变化：

△I段T≤K3×(UHV-UT)I段N(UT≥1.1p.u.)

△I段T=0(UT<1.1p.u.)

3.4 高、低压连续穿越测试

光伏电站需具备高、低电压连续穿越能力，以应对直流连续换相失败引起的高、低电压交替现象。当电站并网点在以下曲线变化时，新能源电站应不脱网，且光伏电站在低电压穿越和高电压穿越过程中满足低电压穿越、高电压穿越能力测试技术要求。

四、结果与讨论

4.1低电压穿越测试

将数据采集仪连接在所测逆变器的交流侧；根据下表第1个测试工况，设置逆变器有功功率0.9p.u.，无功功率0.3p.u.，调节被测逆变器箱变高压侧进线电压，使得逆变器交流测母线电压为1.0p.u.，稳定运行2s，调节模拟源，实现逆变器交流测电压跌落至0.2p.u.，持续0.625s，电压恢复，直至逆变器稳定运行。记录逆变器交流侧三相电压、电流，采样率不低于10kHz。

4.2高电压穿越测试

根据下表第1个测试工况，设置逆变器有功功率0.7p.u.，无功功率0.1p.u.，调节被测逆变器箱变高压侧进线电压，使得逆变器交流侧母线电压为1.0p.u.，稳定运行2s，调节电网模拟源，实现逆变器交流测电压抬高至1.15p.u.，持续10s，电压恢复，直至逆变器稳定运行。记录逆变器的交流侧三相电压、电流，采样率不低于10kHz。

五、结论与展望

通过对青海共和地区20MW和50MW光伏电站逆变器频率电压耐受性能的评估和研究，我们得出了以下结论：

1. 20MW和50MW光伏电站逆变器在面对电网电压和频率变化时表现出了良好的稳定性和可靠性。

2. 逆变器的频率电压耐受性能符合相关标准要求，能够适应电网电压和频率的变化，并确保光伏电站的安全接入电网运行。

通过持续的研究和探索，我们有信心能够进一步提升光伏电站逆变器的性能，并为清洁能源领域的可持续发展做出更大贡献。

参考文献

1. 张翔，王明. 光伏逆变器的技术发展与趋势研究[J]. 电气工程，2019，10(3): 45-52.

2. 李晓，王华. 光伏逆变器电压频率响应特性研究[D]. 清华大学，2020.

3. 刘志远，杨勇. 光伏并网逆变器频率电压耐受性能评估方法综述[J]. 电力系统保护与控制，2018，46(6): 23-29.