光伏电站的基本信息和测试方法

    以青海省某大型光伏电站的并网性能现场测试为例，研究大中型光伏电站并网性能测试技术。介绍了测试项目中电能质量测试和低电压穿越(LVRT)性能测试的现场试验方法，并对测试结果进行分析，得出结论：电能质量测试中电流直流分量和电压不平衡度超标，不符合并网要求；LVRT性能测试中，测试点输出三相电流在电压跌落故障发生和恢复时刻存在暂态现象；被测并网逆变器能在电压跌落故障期间保持不脱网，且能向电网提供一定的无功功率补偿，其LVRT性能符合并网标准要求。

    1 引言

    我国西北地区光照资源丰富，十分适合发展光伏产业。仅2011年，青海建成并实现并网光伏发电1．003 GW。大规模光伏电站并入电网，其电能质量、LVRT能力等问题给电网的安全稳定运行带来了诸多挑战。面对现今光伏发电迅猛增长的态势，必须深入研究光伏电站并网检测关键技术，并开展现场检测，严把光伏发电入网质量关。

    在此以西北某大型光伏电站一期发电工程10 MWp光伏电站的并网性能现场测试为例，讲解了电能质量和LVRT性能测试两种并网关键测试项目的现场实施方法，并对测试结果进行了分析。

    2 被测光伏电站基本信息

    被测光伏电站年均发电量为1 573．75万千瓦时，服务年限25年；由42 840片多晶硅组件构成10个1 MW的发电分区，均采用固定倾角安装方式；每个发电分区由两台500 kW光伏逆变器完成DC／AC电能转换；光伏逆变器输出0．38 kV交流电，由箱式变压器升压至10．5 kV；10条10．5 kV交流出线分两条局部总线经防雷和继电保护装置接至10 kV配电网母线，再经继电和成套保护装置接入110 kV供电网络。电气拓扑如图1所示。   

    该光伏电站共使用了4种不同型号并网逆变器，每台逆变器额定功率均为500 kW。被测逆变器的直流侧主要技术参数：额定直流输入功率512 kW；直流工作电压300～900 V；MPPT跟踪直流电压300～850 V；最大输入电流1．2 kA。交流侧主要技术参数：额定电压(线电压)380 V／400 V／415 V；输出频率50 Hz／60 Hz(自适应)；逆变器效率不低于98．3％；电流波形失真度小于3％(输出满载时)；输出功率因数大于0．99。其他3种型号逆变器的电气参数与之大致相同。

    3 并网测试技术与方法

    大中型光伏电站并网检测的内容包括输出功率特性测试、功率控制特性测试、电能质量测试、LVRT性能测试、频率扰动响应性能测试和通用性能测试。这里仅对该光伏电站的电能质量测试与LVRT性能测试进行研究分析。

    3．1 电能质量测试

    电能质量要测试指标包括：电压偏差、电压波动和闪变、谐波、电压不平衡度和直流分量。依据Q／GDW 618—2011标准，该电站的电能质量测试的测试点应设在其并网点处；测试时应将电能质量测试装置并联接在并网开关处。

    3．2 低电压穿越性能测试

    目前LVRT能力的测试依据是Q／GDW 617—2011标准：当并网点电压在图2中电压轮廓线及以上的区域内时，光伏逆变器必须保证不间断并网运行；当在图2中电压轮廓线以下时，允许光伏逆变器停止向电网线路送电。

   
    LVRT性能测试的测试点选在被测发电单元的并网处，测试时须对被测发电单元分轻载和重载两种工作状况分别进行分析。

4 并网测试结果与分析
    按上述测试方法，对选定的10 WMp光伏电站进行了电能质量测试和LVRT性能测试。
4．1 电能质量测试结果与分析
    表1示出被测光伏电站输出三相电流的1～25次谐波大小及电能质量国家标准中对谐波允许值的规定。按标准折算后，对照各次谐波值可知，被测光伏电站输出的电流谐波符合标准要求。

   
    表2示出被测光伏电站输出线电压的偏差值，对于110 kV接入等级的光伏电站，其电压偏差应不超过标称值的10％，被测光伏电站出口电压偏差符合标准要求。

   
    表3示出被测光伏电站输出电流中直流分量的大小。Q／GDW 617—2011中规定，光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流电流额定值的0．5％。被测光伏电站出口额定电流为92 A，则由表3可知，c相直流分量高达1．208 4／92=1．3％，可见该电站出口电流直流分量超标，不满足并网要求。

   
    电压不平衡度的测试结果如表4所示。GB／T15543—2008中规定，电网正常运行时，电力系统公共连接点电压不平衡度应不超过2％，由表4可知被测光伏电站出口处电压不平衡度在各个功率段均超标，不满足并网要求。

   
4．2 LVRT性能测试结果与分析
    对随机选定的由4种不同型号光伏逆变器构成的1 MW发电单元，在轻载、重载两种工况下进行了测试，测试点包括20％，40％，60％，80％，90％共5个跌落深度，下面以三相平衡跌落，20％跌落深度的LVRT情况为例进行分析。
    图3示出额定功率的10％～30％轻载工况下，线电压对称跌落至额定值20％时发电单元的故障穿越情况。由图3a可见，测试点线电压在测试启动后快速对称跌落至额定值的20％，跌落故障持续1 s后清除；图3b中测试点三相电流有效值在电压跌落过程中有小幅抬升，且电流波形在电压开始跌落和恢复时刻有暂态过程，但电流尖峰不大；由图3c可见，轻载时逆变器不但没有能力提供无功功率，还需从电网吸收无功功率以创造功率传输条件，电压跌落故障发生期间由于逆变器输出有功功率变得很小，基本无需再吸收无功功率来支撑有功功率传输，所以无功功率在故障持续期间基本为零。

   
    图4示出80％以上额定功率的重载工况下，线电压对称跌落至额定值20％时发电单元的故障穿越情况。由图4b可见，重载时测试点输出三相电流在电压跌落故障发生和恢复时刻的暂态现象较轻载时更明显，但由于此时电流额定值较大，电流有效值在故障持续期间相对抬升幅度较小；由图4c可见，电网发生电压跌落故障期间，逆变器仅发出少量无功功率用于支撑网侧电压。

   
    由以上分析并综合其他测试点测试结果可知，被测光伏电站具备在电网故障期间不脱网的能力，故障结束后能以较快速度恢复功率。

    5 结论

    以西北某大型光伏电站一期发电工程10 MWp光伏电站的并网性能现场测试为例，介绍了被测光伏电站的基本信息和测试方法，并对主要测试结果进行了分析，得到以下结论：

    ①被测光伏电站在电能质量测试中，电流直流分量和电压不平衡度超标，不符合并网要求，需在整改后重新进行并网测试，直至各项测试参数均达标；②被测光伏电站在低电压穿越性能测试中，测试点输出三相电流能够保持并网，且在故障恢复后能以较快速率恢复功率；③在低电压穿越过程中，被测光伏电站的并网逆变器发出无功功率较少，对电网从低压故障中恢复的支撑有限，仍有较大改进空间。

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