一種分布式發電并網變流器探測裝置設計方案及實現

西安交通大學電氣工程學院電力設備電氣絕緣國家重點試驗室、許繼集團有限公司的研究人員李宇飛、王躍等，在2015年第3期《電工技術學報》上撰文，提出了一種用于分布式發電并網變流器探測的波動電壓發生裝置方案，處理了分布式發電并網變流器在實際電網中不易探測的難題。該裝置基于級聯H 橋拓撲，其電壓等級可拓展，可高精度地輸出頻率為0.5~25Hz 和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，可模擬不平衡度可調節的三相不平衡電網，不平衡度范圍為0~10%。它可以完成并網變流器對電網電壓幅值和頻率偏差，波動電壓以及電網不平衡的適應能力等多種探測。

本文分解了裝置的工作原理，并以基于本文所提出裝置拓撲的35kV-6MW 風機變流器低頻擾動探測裝置上進行的現場試驗為例，充足證明了這種波動電壓發生裝置用于分布式發電并網變流器探測的可行性和有效性。

基于光伏、風能以及生物能等新能源的分布式發電近年來在電力工業范疇受到越來越多的關注。大多數分布式發電系統與電網之間的接口是通過電力電子并網變流器實現的，因此，要保證分布式發電系統的穩定運行，并網變流器的穩定性和抗擾動性就顯得至關緊要。

國家標準風電場接入電力系統技術規定以及光伏發電站接入電力系統技術規定不僅提出了對新能源分布式發電系統低電壓穿越能力的要求，也提出了對電壓和頻率適應能力的要求，包括電壓和頻率偏差適應能力、非對稱故障適應能力、電網諧波適應能力以及電壓波動和閃變適應能力。

如果能在并網變流器并網運行之前對并網變流器進行電網適應性探測、并網運行評估，將大大提高分布式發電系統的穩定性。然而，在分布式發電系統實際并網運行時，很難在大電網中筆直對變流器進行探測，原由有兩點：首先，電網無法按照需求模擬各種非正常工況；其次，直掛電網的探測方式會對電網穩定造成影響。如果使用可編程電源在較低電壓等級下對樣機進行探測，也只能部分反映真切工況，無法完整復現正常并網運行時高電壓、大功率工況帶來的問題。

因此，設計一種分布式發電并網變流器探測裝置是非常必要的，圖1所示為探測系統與分布式發電系統連接示意圖，虛線表示不經探測裝置的并網運行模式，探測系統以電壓源方式運行，模擬不同的電網工況，分布式發電系統對于探測系統來說，可以看作是一個電流源。

本文設計的基于級聯H 橋[3-10]拓撲的波動電壓發生裝置是開創性的，目前還沒有同類型的探測裝置可以同時達到以下標準：電壓等級可拓展，輸出電壓幅值頻率可調，可高精度地輸出頻率為0.5~25Hz 和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，可模擬不平衡度可調節的三相不平衡電網，不平衡度范圍為0～10%。

而移動式和固定式低電壓穿越探測裝置已經是一種成熟的工業產品，因此這種探測裝置不僅處理了實際電網中并網變流器不易探測的難題，而且填補了分布式發電并網變流器探測的空白，并且輸出的探測電壓精度很高。此文有望為分布式發電并網變流器探測裝置的設計提供一個可參照的標準。

本文討論了探測裝置的工作原理，并以在基于所提出探測裝置拓撲的35kV-6MW 風機變流器低頻擾動探測裝置上進行的現場試驗為例，充足證明了這種波動電壓發生裝置用于分布式發電并網變流器探測的可行性和有效性。此35kV-6MW 風機變流器探測裝置安裝在河北省張家口市國家能源大型風電并網系統研發（試驗）中心。

結論

本文提出了一種用于分布式發電并網變流器探測的波動電壓發生裝置設計方案。探測裝置電壓等級可拓展，可匹配不同電壓等級的分布式發電系統，同時在本文所提出的控制方案下，裝置達到了以下性能指標：輸出頻率為45～66Hz 的額定電壓，精度達到0.01Hz，輸出幅值為20%~120%額定幅值的電壓，誤差小于0.1%；輸出頻率為0.5~25Hz和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，并且誤差小于0.1%；輸出不平衡度范圍為0~10%的三相不平衡電壓，精度達到0.1%，并且輸出三相不平衡電壓時，負序電壓幅值相位可調；輸出額定電壓的THD 可以達到2%以下。

該方案有望為分布式發電并網變流器探測裝置的設計提供一個可參考的標準。最后，本文以在基于所提出拓撲的35kV-6MW 風機變流器低頻擾動探測裝置上進行的現場試驗為例，充足證明了這種波動電壓發生裝置用于分布式發電并網變流器適應能力探測的可行性和有效性。

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