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摘 要：最近几年，随着光伏设施装机量日益提升，太阳能发电占据供电的比例愈来愈大，在电网出现异常情况或是电压出现突发性陡降时，光伏阵列就有很大几率发生解列现象，导致电网整体出现严重的不稳定问题，还有可能致使电网的完全瘫痪，本文介绍了目前国内外的一些光伏逆变器低电压穿越的处理措施与控制方案，重点阐述了对于操作无功电流达成电压支承的解决措施。
关键词：低电压穿越；电压；光伏；太阳能发电
在当今世界能源短缺与生态问题饱受关注的当今，太阳能这种能源，以其天然、清洁、不会消失殆尽的特点迅速占领了发电市场，光伏电站装机量不断增加，特别是在西方发达国家中，太阳能发电占电网供电比重逐年上升。大容量光伏并网是这一技术发展的未来方向，而随着这一技术的不断投入，人类必须考虑电网出现故障时，光伏电站的每种运行情况对电网稳定所带来的问题，故而很多国家电网公司都按其现实状况对光伏并网做出了严苛的技术规范[1]。主要有低电压穿越、无功操控、有功功率改变率操控等。这里的低电压穿越被看做是光伏并网设施在技术上的最严峻的挑战，关乎到光伏发电能否广泛应用。而低电压穿越，指光伏并网点电压降低时，光伏设备可以维持并网，最好能为电网输出一些无功功率，支承电网恢复运转从而“穿越”整个低电压区域。电压跌落会为设备造成连鎖性的暂态，譬如出现过电压、过电流等问题，破坏光伏设备和其控制体系的稳定工作。
一、大型光伏系统理论分析
太阳能光伏发电是建立在光生伏打效应上的。通过电池板汲取光子出现电动势的现象来维持发电。光伏阵列所产生的直流电经由电力电子转换设备转变成合乎要求的交流电，然后在籍由变压器通入到电网中。而对容量较大的MW级电站，一个系统包含多个变换模块，构成一个集群，籍由一些的集群操控策略让逆变器保持并联工作，形成光伏电站的各个子系统间收到其的总控中心协调，并维持通信。按照运行情况的差异，各个逆变器与变压器可有多样投运策略，从而化解低日照期变换效率的问题，保障系统稳定。
二、低电压穿越能力与电压控制
光伏系统并网，也就是逆变器和电网并联工作，滤波支路的容量十分小，而线路的阻抗大多是呈现在感性上。逆变器产生视在功率是：
（1）
上式X是逆变器输出的阻抗；δ是其E1和E间的夹角。逆变器输出的有功与无功两种功率分别是：
（2）
那么逆变器所提供的有功功率随功角δ所变化，而无功功率取决于输出的电压幅值X1，那么，逆变器所输出电压的相位和幅值和它产生的有功/无功功率趋近于线性耦合。逆变器产生的电压幅值能够直接把控，而相位可籍由调节输出的频率以达成。籍由逆变器产生电压幅值就能起到调整输出无功功率的效果，籍调整频率就可实现提供有功功率的效果[2]。
从直流侧来看，光伏电池阵列工作点处的电压决定了其输出的电流，换而言之也就是确定了逆变器的输入功率。从交流侧而言，电网能够被看做是恒压电源，并网功率可通过并网电流的值来表现。
低电压穿越是对并网光伏设备于电网发生电压跌落或是问题时还能保障并网的一个特别的运行功能需要。各个国家对于低电压穿越的要求都有所差异。
三、达成低电压穿越的基本策略
（一）基于储能设备的处理方案
此设备的控制原理与拓扑描述如下图所示，AC/DC所取得的交流电能质量能够获得显著改良[3]。一般状况下，即电网没有出现问题时，电网为超级电容提供电；若电网出现故障，那么超级电容器就输出点为并网点提供能量，输出并网点的支承电压，能够一直让光伏设备保持并网稳定工作。
（二）基于无功补偿设施的低电压穿越达成处理方案
电网侧若出现瞬时的故障，光伏电站自身无法输出瞬时的电压支承，此时容性动态无功补偿装置就特别重要[4]。而且，容性动态无功补偿设计能明显提升光伏电站中各个母线的电压，提升光伏电站低电压穿越作用。
当因为天气情况改变导致光照出现改变时，光伏电站出力出现改变，进而导致公网接入点的电压出现变化[5]。故此光伏发电体系和各种分布式电源相同，需要配置对应容量的容性与感性非静态无功补偿设备，以遏制公网接入点部分母线电压出现变化。装设动态无功补偿设备后，逆变器输出电压能大致稳定。
这一处理方案使动态无功补偿装置能够使用SVC，尽管动态性能略有瑕疵，故障时的反向冲击电压稍大，不过可以达成工作需要[6]。由于SVG的价格的已经开始下降，未来也可使用STATCOM这类等新型的动态无功补偿设施，以提升光伏电站全面动态响应能力。
四、基于无功电流电压支承的处理方案
使用SOGI措施，对电网的电压做采样，进而达成序分量的分解。一般来说T/4方法效率较高，不过仅是对于周期信号时才能发挥特点。故而噪声与有些谐波会使其性能受影响。分解得到的正序分量被送到PLL以达成同步与稳定化，并在电网故障环境中处于无功电流方向。2个电流限值标准被遵行。第一，在直流Link控制器后，限制针对于额定电流之有功参照；第二，在上面参考后的、针对额定电流的电流矢量总和的限制。直流Link控制器输出一般电网情况下的有功参考电流与无功参考电流。为加强控制环的非静态特征，可以在PWM调制信号出现以前加以一电网电压的前馈控制量。在没有加电网电压前馈控制电压陡降时会致使逆变器产生的电流的迅速加大[8-9]。在加进改进办法，包含电压陡降的前馈控制时，所产生的电流能稳定于传送的无功电流范畴当中，也能保障硬件装置不会被过电流。
光伏电源这种大规模分布式的供电结构，是标准的离散控制结构。接进电力系统的大、中型光伏电站需要有产生有功与无功的调整效果，且在电网不正常时起支承效果。光伏发电的随机工作特点是对电网产生负面影响的主因，其很小的系统惯量严重威胁电网稳定与问题解决能力[10]。由电子开关元件组成的逆变器不但是电能质量的干涉源，而且能够通过控制达成无功和谐波补偿的效果。大型光伏发电并网的工作须借助凭借着净负荷的概念与精准的发电预估策略，与一般机组合作以保证供电稳定性。在光伏设施上，高容高效高稳定性的变换器是各种产品竞争的中心，只有满足标准的光伏设施，才能产出高效的、对电网友好的能源。本文阐述达成低电压穿越一些途径，并阐述了国内外研究的低电压穿越达成的具体方式与达成手段。这一分析一样适于各种分布式电源，能够为以后我国建立大规模光伏电站提供参考。
参考文献：
[1]陈波， 朱晓东， 朱凌志，等. 光伏电站低电压穿越技术要求与实现[J]. 电气应用， 2014， 33（1）：76-80.
[2]施向前， 耿乙文， 黄尊臣，等. 光伏电站低电压穿越技术研究[J]. 电测与仪表， 2015， 52（8）：61-66.
关键词：低电压穿越；电压；光伏；太阳能发电
在当今世界能源短缺与生态问题饱受关注的当今，太阳能这种能源，以其天然、清洁、不会消失殆尽的特点迅速占领了发电市场，光伏电站装机量不断增加，特别是在西方发达国家中，太阳能发电占电网供电比重逐年上升。大容量光伏并网是这一技术发展的未来方向，而随着这一技术的不断投入，人类必须考虑电网出现故障时，光伏电站的每种运行情况对电网稳定所带来的问题，故而很多国家电网公司都按其现实状况对光伏并网做出了严苛的技术规范[1]。主要有低电压穿越、无功操控、有功功率改变率操控等。这里的低电压穿越被看做是光伏并网设施在技术上的最严峻的挑战，关乎到光伏发电能否广泛应用。而低电压穿越，指光伏并网点电压降低时，光伏设备可以维持并网，最好能为电网输出一些无功功率，支承电网恢复运转从而“穿越”整个低电压区域。电压跌落会为设备造成连鎖性的暂态，譬如出现过电压、过电流等问题，破坏光伏设备和其控制体系的稳定工作。
一、大型光伏系统理论分析
太阳能光伏发电是建立在光生伏打效应上的。通过电池板汲取光子出现电动势的现象来维持发电。光伏阵列所产生的直流电经由电力电子转换设备转变成合乎要求的交流电，然后在籍由变压器通入到电网中。而对容量较大的MW级电站，一个系统包含多个变换模块，构成一个集群，籍由一些的集群操控策略让逆变器保持并联工作，形成光伏电站的各个子系统间收到其的总控中心协调，并维持通信。按照运行情况的差异，各个逆变器与变压器可有多样投运策略，从而化解低日照期变换效率的问题，保障系统稳定。
二、低电压穿越能力与电压控制
光伏系统并网，也就是逆变器和电网并联工作，滤波支路的容量十分小，而线路的阻抗大多是呈现在感性上。逆变器产生视在功率是：
（1）
上式X是逆变器输出的阻抗；δ是其E1和E间的夹角。逆变器输出的有功与无功两种功率分别是：
（2）
那么逆变器所提供的有功功率随功角δ所变化，而无功功率取决于输出的电压幅值X1，那么，逆变器所输出电压的相位和幅值和它产生的有功/无功功率趋近于线性耦合。逆变器产生的电压幅值能够直接把控，而相位可籍由调节输出的频率以达成。籍由逆变器产生电压幅值就能起到调整输出无功功率的效果，籍调整频率就可实现提供有功功率的效果[2]。
从直流侧来看，光伏电池阵列工作点处的电压决定了其输出的电流，换而言之也就是确定了逆变器的输入功率。从交流侧而言，电网能够被看做是恒压电源，并网功率可通过并网电流的值来表现。
低电压穿越是对并网光伏设备于电网发生电压跌落或是问题时还能保障并网的一个特别的运行功能需要。各个国家对于低电压穿越的要求都有所差异。
三、达成低电压穿越的基本策略
（一）基于储能设备的处理方案
此设备的控制原理与拓扑描述如下图所示，AC/DC所取得的交流电能质量能够获得显著改良[3]。一般状况下，即电网没有出现问题时，电网为超级电容提供电；若电网出现故障，那么超级电容器就输出点为并网点提供能量，输出并网点的支承电压，能够一直让光伏设备保持并网稳定工作。
（二）基于无功补偿设施的低电压穿越达成处理方案
电网侧若出现瞬时的故障，光伏电站自身无法输出瞬时的电压支承，此时容性动态无功补偿装置就特别重要[4]。而且，容性动态无功补偿设计能明显提升光伏电站中各个母线的电压，提升光伏电站低电压穿越作用。
当因为天气情况改变导致光照出现改变时，光伏电站出力出现改变，进而导致公网接入点的电压出现变化[5]。故此光伏发电体系和各种分布式电源相同，需要配置对应容量的容性与感性非静态无功补偿设备，以遏制公网接入点部分母线电压出现变化。装设动态无功补偿设备后，逆变器输出电压能大致稳定。
这一处理方案使动态无功补偿装置能够使用SVC，尽管动态性能略有瑕疵，故障时的反向冲击电压稍大，不过可以达成工作需要[6]。由于SVG的价格的已经开始下降，未来也可使用STATCOM这类等新型的动态无功补偿设施，以提升光伏电站全面动态响应能力。
四、基于无功电流电压支承的处理方案
使用SOGI措施，对电网的电压做采样，进而达成序分量的分解。一般来说T/4方法效率较高，不过仅是对于周期信号时才能发挥特点。故而噪声与有些谐波会使其性能受影响。分解得到的正序分量被送到PLL以达成同步与稳定化，并在电网故障环境中处于无功电流方向。2个电流限值标准被遵行。第一，在直流Link控制器后，限制针对于额定电流之有功参照；第二，在上面参考后的、针对额定电流的电流矢量总和的限制。直流Link控制器输出一般电网情况下的有功参考电流与无功参考电流。为加强控制环的非静态特征，可以在PWM调制信号出现以前加以一电网电压的前馈控制量。在没有加电网电压前馈控制电压陡降时会致使逆变器产生的电流的迅速加大[8-9]。在加进改进办法，包含电压陡降的前馈控制时，所产生的电流能稳定于传送的无功电流范畴当中，也能保障硬件装置不会被过电流。
光伏电源这种大规模分布式的供电结构，是标准的离散控制结构。接进电力系统的大、中型光伏电站需要有产生有功与无功的调整效果，且在电网不正常时起支承效果。光伏发电的随机工作特点是对电网产生负面影响的主因，其很小的系统惯量严重威胁电网稳定与问题解决能力[10]。由电子开关元件组成的逆变器不但是电能质量的干涉源，而且能够通过控制达成无功和谐波补偿的效果。大型光伏发电并网的工作须借助凭借着净负荷的概念与精准的发电预估策略，与一般机组合作以保证供电稳定性。在光伏设施上，高容高效高稳定性的变换器是各种产品竞争的中心，只有满足标准的光伏设施，才能产出高效的、对电网友好的能源。本文阐述达成低电压穿越一些途径，并阐述了国内外研究的低电压穿越达成的具体方式与达成手段。这一分析一样适于各种分布式电源，能够为以后我国建立大规模光伏电站提供参考。
参考文献：
[1]陈波， 朱晓东， 朱凌志，等. 光伏电站低电压穿越技术要求与实现[J]. 电气应用， 2014， 33（1）：76-80.
[2]施向前， 耿乙文， 黄尊臣，等. 光伏电站低电压穿越技术研究[J]. 电测与仪表， 2015， 52（8）：61-66.