关键词：动态无功调节装置；RTDS仿真；LVRT；

Abstract: With the increasing capacity of the new energy power generation system, its adverse effect on the power system is gradually enhanced. Dynamic reactive power regulation device is one of the important equipment to support the large-scale grid connection of new energy power generation system. Therefore, the national standard can put forward new requirements for the operation performance of high voltage dynamic reactive power regulation device in the case of grid fault. Aiming at the low voltage ride through (LVRT) problem of high voltage dynamic reactive power regulation device in the case of grid fault, this paper designs LVRT control strategy of the dynamic reactive power regulation device according to the national standard. Experimental verification is carried out on the RTDS simulation test platform. The effectiveness of the LVRT control strategy is verified by test results.

Keywords: Dynamic Reactive Power Regulation Device; RTDS simulation; Low Voltage Ride Through;

1  引言

我国在能源和资源消耗、环境保护等方面正面临着极其严峻的形势，大力发展清洁能源是解决能源短缺以及保护环境的重要手段之一。因此，新能源发电系统在电力系统中所占比重日益增加，其对电网的影响也日趋显著。安装具有无功功率调节能力的电能装置是辅助新能源发电系统大规模并网以及稳定电网端电压的重要装备^[1-3]。在已有的无功功率调节装置中，链式结构容易实现高压、大容量，且具有效率高、无需并网变压器、冗余控制等优点，因此得到了深入的研究。链式动态无功调节装置（以下简称SVG）是当前最先进的无功功率调节解决方案。目前，SVG应用中主要面临的较为严峻的控制问题是电网线路发生故障导致电网电压跌落以及恢复过程中的电压变化，会造成SVG系统输出过电流和功率单元直流母线过电压，进而会带来系统输出降额、控制复杂、甚至安全运行等问题^[4,5]。因此，提高SVG在电网电压跌落过程中的低电压穿越（以下简称LVRT）能力成为高压SVG在新能源发电系统大规模应用发展的关键技术。

目前国内外学者对光伏并网电站、风电并网系统的LVRT研究较多，并提出了若干可行的控制策略^[6-8]。但是，对于H桥级联拓扑的高压SVG在LVRT过程中的控制策略研究相对较少。

本文基于H桥级联变换器拓扑结构及数学模型，设计了一套6kV/10Mvar的高压SVG系统，针对电网电压跌落过程中H桥级联式SVG的运行问题，提出了一种改进的LVRT控制策略，最后基于RTDS仿真试验平台，验证了装置的LVRT能力。

2  H桥级联式SVG系统LVRT控制策略设计

2.1  H桥级联式SVG主电路拓扑

SVG装置主电路拓扑结构如图1所示。

图1  SVG主电路拓扑结构

主电路的每一相由级联的6个单相全桥逆变单元构成，三相之间星型连接，分别为SVG输出电压、电流。每个逆变单元由绝缘栅双极晶体管(IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor)、直流滤波电容等大功率全控器件构成。多个滤波电容并联构成的电容器组用于无功功率调节以及提供逆变单元所需的有功损耗。

2.2  LVRT控制策略
     国家能标^[9]对于高压静止无功补偿装置运行性能要求如下：

1) 装置与电网连接点正常运行电压变化范围允许值为0.8~1.2倍标幺值；

2) 当并网点电压骤降不低于20%标称电压时，装置无论处于任何工况，应能在响应时间限值内输出相应补偿电流并维持625ms以上；

3) 当并网点电压在发生骤降2s后能恢复到标称电压的80%时，装置应保证连续输出相应补偿电流。当电网电压恢复正常后，装置恢复原有工况运行。

4) 当电网电压高于上限运行电压或低于下限运行电压时装置宜闭锁不退出运行。

SVG装置在规定的各种运行模式下均应符合以上要求，装置工作电压范围如图2所示。

图2  装置正常工作电压范围

对图2要求进行分析，可求取0ms到2000ms过程中的并网点电压曲线为：

            （1）

基于上述分析，设计不同工况时的SVG运行模式，控制流程框图如图3所示。

图3  装置工作模式选择框图

图4  LVRT控制框图

3  基于RTDS的SVG系统LVRT测试验证

为了验证本文提出的LVRT控制策略的有效性，本文基于RTDS设计了1套6kV/10Mvar级联型高压SVG装置及控制系统，测试平台如图5所示。

图5  基于RTDS的SVG测试平台

测试平台由RTDS仿真系统、SVG驱动转接控制器、SVG 驱动控制器、SVG 单元控制器、SVG主控制器以及SVG 显示界面组成。仿真工况设置为电网电压跌落到后恢复正常电压和不恢复正常电压两种，实验电路参数见表1。

表1  RTDS仿真实验电路参数

3.1  电网电压跌落到后恢复正常电压的情况

图7是SVG输出电压、电流、无功功率在电网电压跌落瞬间的放大图，可以看出跌落过程中SVG装置的动态响应时间约为10ms。

图7  SVG输出电压、输出电流、输出无功功率

5  结语

本文基于能标要求，提出了一种级联型SVG装置的低电压穿越控制策略。在电网电压波动的情况下，只要电网系统不危及设备本身安全，设备就能持续正常运行，并发挥最大的无功支撑能力来支撑电网电压恢复，改善电网电能质量，有助于新能源发电站实现低电压穿越功能。最后，基于RTDS仿真测试平台，验证了系统设计以及控制策略的有效性。

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作者简介：

张川（1983-）：男，硕士，东方日立（成都）电控设备有限公司，总设计师，研究方向：高压大功率变换器、新能源发电及电能质量治理技术。