电网故障期间并网光伏电站的运行策略研究

摘要

随着新能源发电技术的发展，光伏系统接入电网的容量越来越大。作为新的发电单元，光伏电站的运行策略对所接入的电网有着重要影响。为了更好地保障电网的安全稳定运行，当所接入的电网发生故障时，光伏电站有必要根据准确的故障定位进行故障穿越或孤岛保护等决策。本文分析了光伏电站的孤岛保护技术和低电压穿越技术的应用场景和技术要求，研究了电网故障时刻光伏电站的相关运行策略。
　　针对光伏电站的孤岛保护问题，本文在介绍了两种常用孤岛检测方法（主动移频式孤岛检测法和基于Q-f下垂曲线的孤岛检测方法）检测原理的基础上分析了这两种方法的孤岛检测效果及其对电网的影响。基于主动移频法，分析和仿真结果表明，该方法在负载品质因数较大的情况下，需要设计较大的截断系数以保证检测效果，从而造成较大的并网电流畸变。而引入正反馈的主动移频法对于负载品质因数较大时的负载同样适用，只要正反馈系数足够大，可以完全消除检测盲区，且导致的并网电流畸变较小。而对于基于Q-f下垂曲线的孤岛检测法，分析和仿真结果表明，该方法的孤岛检测时间与无功扰动系数及负载品质因数有关，无功扰动系数越大，孤岛检测时间越短，同时对并网电能质量的影响也越大；负载品质因数越大，所需的孤岛检测时间越长，所需的无功扰动量也越大。此外，本文还通过仿真验证了这两种方法在多机系统下的孤岛检测效果。
　　针对光伏电站的低电压穿越问题，本文研究了电网对称短路故障下光伏电站在低电压穿越期间功率注入对并网点电压的支撑作用。理论分析和仿真结果表明，故障期间光伏电站的功率注入能够一定程度上支撑并网点电压，在光伏渗透率大的情况下这种支撑作用更加明显。为了获得最大电压支撑效果，光伏逆变器输出有功和无功功率应按照电网阻抗的阻抗比分配（P/Q=R/X）。该结论能够对故障期间光伏电站的功率注入策略起到一定的指导作用。
　　光伏电站的孤岛保护和低电压穿越有各自的适用场景：小型光伏电站优先进行孤岛保护，而大型光伏电站优先进行故障穿越。而对于接入用户内部电网的中型光伏电站，电网故障时刻光伏电站的运行策略尚未形成统一规定。为了保障电网的安全稳定运行，本文提出了一种基于光伏渗透率计算的孤岛保护和低电压穿越的协调配合策略。实时的渗透率大小可以通过分布式数据监测和采集系统来获得相关电气信息，根据光伏系统输出容量以及电网到并网点之间的等效阻抗来计算。
　　此外，对于并入输电网的大型光伏电站，标准规定其必须配备一定的无功设备。本文通过仿真分析验证了当电网发生故障时，无功设备对并网点电压具有一定的支撑作用。仿真研究表明，附加STATCOM装置能够有效地提高并网点电压水平，从而起到改善低电压穿越能力的作用。

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1 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 光伏电站的孤岛保护及其对电网的影响

2.1 主动移频式孤岛检测法的检测效果及其对电网的影响

2.2 基于Q-f下垂曲线的孤岛检测方法及其对电网的影响

2.3 本章小结

3 光伏电站低电压穿越及其对电网的影响

3.1 低电压穿越期间光伏电站功率注入对并网点电压的支撑作用

3.2 光伏电站接入电网Pscad模型

3.3 仿真结果及分析

3.4 本章小结

4 电网故障期间光伏电站的运行策略分析

4.1 孤岛保护和低电压穿越的协调配合策略

4.2 电网故障期间无功设备对电压的支撑作用研究

4.3 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 未来研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目