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一文读懂光伏逆变器短路时电路会出现的特征
时间: 2024-06-24 23:32:00 | 作者: 产品系列电力系统中的电源,传统意义是指的是并入电力系统的同步发电机。但随着分布式发电技术的发展,各种各样的形式的发电装置并入电力系统。按照分布式电源并网的方式,我们大概能分为以下三类:
●仅仅通过变流器并网的电源,最重要的包含直驱风力发电系统、光伏发电系统、蓄电池、微型燃气轮机等;
●仅仅通过旋转电机并网的电源,主要是小型的同步发电机,常见的为快速响应的柴油发电机组。
光伏逆变器的主要操控方法主要有:PI控制、滞环控制、双闭环控制、空间矢量PWM控制、无差拍控制、重复控制、比例谐振控制等等。其中,在并网光伏逆变器中,较为成熟使用较多的当属电流型控制方式,一般都会采用双闭环控制。
在双闭环控制中,电压调节器作为外环控制,一方面控制逆变器直流侧输出电压Udc跟踪电压给定值Udcref;另一方面通过PI调节器得到有功输入电流分量的参考值id*和无功电流分量的参考值iq*。电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制。
光伏系统的短路故障特性主要根据其控制方式的特点,为了能够更好的保证在电力系统发生短路时的短路电流不超过逆变器的限定值,一般会在控制回路中的电流内环加入饱和模块。当出现故障时,内环参考电流将受到限制,通过设置饱和模块的上限,从而使得故障电流限制在允许得范围内,一般短路电流限制在额定电流得1.2~1.5倍。当饱和模块失效时,双环控制管理系统得外环控制会失效,系统变为纯电流控制。
远端故障时,系统的功率外环控制起决定性作用,有功电流增大,增大后的电流幅值在限幅门槛之内,所以此时的故障特性和负荷猛地增加的响应式一致的,经过一个短暂的过渡过程,系统达到新的稳态,此时的输出功率仍然等于故障发生前的输出功率,系统相当于一个等功率源。
近端故障时,由于端口电压降低,此时按照等功率源计算的话,为了保持功率不变,将输出较大电流;如果输出电流大于了逆变器的限制,电压外环将失去作用,双环控制变成纯电流控制。由于电流饱和控制模块在很短时间内便能达到稳态值,在进入稳态后电网扰动电压消失,光伏系统的输出电流值和电流饱和模块的设定值相等。
上述两种情况,故障发生后都会存在一个短暂的过渡过程,此过程中可能会产生一定量的谐波,过程的时间长短主要根据系统直流侧电容的大小、双环控制中外环控制的参数、直流侧输入功率等因素。
下面我们的角度来看下,升压变高压侧三相故障、升压变低压侧三相故障、相间故障和单相故障时的逆变器输出特征。故障前逆变器输出正序电流均为276A,没有零序和负序电流。
故障过程中存在10ms的过渡过程,过程结束后,电流和电压趋于稳定,逆变器稳定后输出的正序电流为544A,功率方向为正方向。
同样存在10ms的过渡过程,过程结束后,电流电压趋于稳定,逆变器稳定后输出的正序电流为549A,功率方向为正。故障电流和升压变高压侧三相故障基本相同。
10ms的过渡过程,该段时间内基波幅值不稳定。过渡结束后,电流和电压的基波幅值趋于稳定;逆变器稳定后输出的正序电流为560A,功率方向为正。非故障相电流和故障相电流幅值基本相同,稳定后无零序和负序分量。
故障过程20ms电流基波幅值不稳定,之后基本稳定;故障100ms后逆变器稳定输出的正序电流为445A,功率方向为正,故障电流略小于升压变高压侧三相故障时的电流。非故障相电流和故障相电流幅值基本相同,稳定后没有零序和负序分量。
●过渡过程中的时间以及峰值的影响因素很多,包括直流侧电容、功率外环参数、输入功率大小等;
●在电网对称和不对称的故障情况下,逆变器均只输出正序电流,没有零序和负序电流。故障过程中,无论是单相故障、两相故障或者三相故障,三相电流差别不大,无法通过电流选择故障相别;
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