大中型光伏电站并网性能测试技术研究

摘要：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。
关键词：光伏发电；并网性能；电能质量；低电压穿越

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。