杨卓宁 张光奎 朱志国

（中利腾晖共和新能源有限公司，甘肃静宁  813099）

摘 要：人类社会的发展离不开能源，工业生产需要能源，日常生活也需要能源。长期以来，为了满足生产、生活方面的需求，人们大力开发传统能源，但是随着需求量的不断加大，各种传统能源的数量快速减少。在这种情况下，开发和使用新能源已经成为社会发展的趋势。新能源可以替代传统能源，用于发电，新能源发电并网可以优化电布局、提升电网电能质量。

关键词：新能源发电；并网；电能质量

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2023)21-0018-03

0引言

当前，社会经济发展对能源资源需求不断增加，为减少对传统化能源的依赖，在新能源研究推广方面投入了大量资金，并取得了一定的成效^[1]。目前，我国新能源发电并网规模持续扩大，由此也暴露了一些问题，如新能源发电并网占比增大后，电网运行稳定性受到影响，电能质量下降，如何解决此类问题直接关系到新能源发电技术的未来进一步推广运用^[2]。

1项目概述

京能国际青海共和30MW电站地处青海省海南藏族自治州共和县一塔拉光伏园区。电站共28个发电单元，其中2个单元（#12、#14单元）配置4台（每单元2台）上能EP-0500-A型集中式逆变器，其余26个单元（#1-#11、#13、#15-#28单元）配置华为SUN2000-125KTL-M5型组串式逆变器。

按照国网青海省电力调度控制中心的要求，现需对青海共和30MW电站3种不同型号的逆变器进行频率、电压耐受能力等涉网性能检测和评价，并出具合格的检测评价报告报当地电网公司认可。

2新能源并网电站电能质量合规性测试

2.1 测试条件

2.1.1 频率耐受能力试验

通过检测确认青海共和30MW电站3种型号的逆变器具备以下不同频率的耐受能力。

逆变器在不同频率范围内的运行规定见下表1。

2.1.2低电压穿越测试

确认3种型号的逆变器满足《青海电网新能源发电技术要求》中低电压穿越技术要求。

（1）无功低穿电流系数：自电站并网点电压低于低穿阈值时刻起，光伏电站需提供动态无功电流，动态无功电流增量△I段q_LVRT应实时跟踪并网点电压变化：

△I段q_LVRT≥K₁×(ULV-UT)I段N(0.2p.u.≤UT≤0.9p.u.)

△I段q_LVRT≥1.05×I段N(UT<0.2p.u.)

△I段q_LVRT=0(UT>0.9p.u.)。

式中：ULV—光伏电站低穿阈值，取值0.9p.u.；UT—光伏电站并网点电压值；K₁—无功低穿电流系数，取值范围1.5-2.0（推荐1.5)；I段N—光伏电站额定电流。电网电压恢复后，动态无功电流退出时间不大于10ms。

（2）有功低穿电流系数

电站低穿过程中要求无功电流优先输出，在设备不过流的前提下，低穿期间有功电流应维持故障前有功电流值：

I段p_LVRT=K₂×I段p0

式中：I段p0—光伏电站电压跌落前有功电流值；K₂—低电压穿越有功电流系数；电站应实现低穿期间全电流控制，在设备不过流和无功低穿电流系数满足要求前提下，保持有功低穿电流系数（K₂）等于1。

（3）故障后有功功率恢复速率

自电压恢复至低穿阈值ULV时刻开始，电站以3倍额定功率恢复至故障前的有功功率值。

表1 变压器频率运行数据

并网点频率值	运行时间
49.5Hz	应正常连续运行
50.5Hz	至少持续运行3min
51.0Hz	至少持续运行 10s
51.5Hz	至少持续运行2s

2.1.3高电压穿越测试

确认3种型号的逆变器满足《附件：青海电网新能源发电技术要求》中高电压穿越技术要求。

（1）无功高穿电流系数

自光伏电站并网点电压高于高穿阈值时刻起，光伏电站需吸收动态无功电流，动态无功电流增量△I段q_LVRT应实时跟踪并网点电压变化：

△I段T≤K₃×(UHV-UT)I段N(UT≥1.1p.u.)

△I段T=0(UT<1.1p.u.)

式中：

UHV—光伏电站高穿阈值，取值1.1p.u.；

UT—光伏电站并网点电压值；

K₃—无功高穿电流系数，取值范围：≥1.5；

I段N—光伏电站额定电流。

光伏电站应在源端（光伏电池）功率充足、设备不过流和无功低穿电流系数满足要求前提下，保持有功功率维持故障前的有功值。

（2）高、低压连续穿越测试

光伏电站需具备高、低电压连续穿越能力，以应对直流连续换相失败引起的高、低电压交替现象^[3]。当电站并网点在以下曲线变化时，新能源电站应不脱网，且光伏电站在低电压穿越和高电压穿越过程中满足低电压穿越、高电压穿越能力测试技术要求^[4]。  

图1 高、低电压连续穿越曲线

 

2.2 测试实施

2.2.1逆变器涉网性能试验接线

电网故障模拟装置通过被测逆变器所属箱变高压侧电缆连接到站内35kV I段母线，通过降压变压器将电压降压至试验设备所需电压690V，再经电网扰动装置后输出可控的电压和频率，然后通过升压变压器升压至35kV，连接至被测逆变器所属箱变高压侧，向被测逆变器输出同电压和频率的交流电^[5]。

2.2.2 频率耐受能力试验

在电站35kV I段母线标称电压条件下，调节电网模拟装置，使得输入箱变高压侧的交流电频率从额定值分别阶跃至49.5Hz、50.49Hz和49.5Hz-50.49Hz之间的任意值保持至少20min后恢复到额定值。记录逆变器是否正常运行或脱网跳闸时间。

调节电网模拟装置，使得输入箱变高压侧的交流电频率从额定值分别阶跃至50.5Hz、50.99Hz和50.5Hz-50.99Hz之间的任意值保持至少3min后恢复到额定值。记录逆变器是否正常运行或脱网跳闸时间。

调节电网模拟装置，使得输入箱变高压侧的交流电频率从额定值分别阶跃至51.0Hz、51.49Hz和51.0Hz-51.49Hz之间的任意值保持至少10s后恢复到额定值^[6]。记录逆变器是否正常运行或脱网跳闸时间。

调节电网模拟装置，使得站内被测试光伏进线的频率从额定值阶跃至51.5Hz，记录逆变器的运行时间或脱网跳闸时间，确认其是否大于或等于2s。

2.2.3 低电压穿越测试

将数据采集仪连接在所测逆变器的交流侧^[7]；根据下表第1个测试工况，设置逆变器有功功率0.9p.u.，无功功率0.3p.u.，调节被测逆变器箱变高压侧进线电压，使得逆变器交流测母线电压为1.0p.u.，稳定运行2s，调节模拟源，实现逆变器交流测电压跌落至0.2p.u.，持续0.625s，电压恢复，直至逆变器稳定运行。记录逆变器交流侧三相电压、电流，采样率不低于10kHz。

根据下表2的其他测试工况，重复上述过程。

表2 变压器运行数据

编号	有功功率（p.u.)	无功功率（p.u.)	机端电压稳态值（p.u.)	2-/3-相电压跌落	机端电压跌落至（p.u.)	电压跌落持续时间（s)
1	0.9	0.3	1.0	3-	0.2	0.625
2	0.2	0.0	1.0	3-	0.2	0.625
3	0.7	0.1	1.0	2-	0.2	0.22
4	0.2	0.0	1.0	2-	0.2	0.22

2.2.4高电压穿越测试

根据下表第1个测试工况，设置逆变器有功功率0.7p.u.，无功功率0.1p.u.，调节被测逆变器箱变高压侧进线电压，使得逆变器交流侧母线电压为1.0p.u.，稳定运行2s，调节电网模拟源，实现逆变器交流测电压抬高至1.15p.u.，持续10s，电压恢复，直至逆变器稳定运行。记录逆变器的交流侧三相电压、电流，采样率不低于10kHz。

根据下表的其他测试工况，重复上述过程。

表3 变压器运行数据

编号	有功功率 (p.u.)	无功功率 (p.u.)	机端电压稳态值 (p.u.)	2-/3-相 电压跌落	机端电压抬升至（p.u.)	电压抬升持续 时间（s)
1	0.7	0.1	1.0	3-	1.15	10
2	0.2	0.0	1.0	3-	1.15	10
3	0.9	0.3	1.0	3-	1.25	0.5
4	0.7	0.1	1.0	3-	1.3	0.5
5	0.2	0.0	1.0	3-	1.3	0.5

2.2.5 高、低压连续穿越测试

设置逆变器有功功率0.7p.u.，无功功率0.1p.u.，调节被测逆变器箱变高压端进线电压，使得逆变器交流测母线电压为1.0p.u.，稳定运行2s，调节电网模拟源，逆变器交流测电压分别如图3、图4所示。记录逆变器的交流端三相电压、电流，采样率不低于10kHz。

 

2.3场站仿真建模

现场测试结束后，需依据测试结果出具特性参数评价报告，同时基于现场的测试数据出具电站的仿真建模报告。

3结语

综上所述，新能源发电技术具有清洁、可再生的特点，但是其并网后对电网电能质量存在较大的不利影响，轻则导致供电质量下降，重则直接导致相关生产工作无法正常开启。对此，必须明确新能源发电并网对电网电压、频率、谐波等方面的影响情况，并采取针对性处理措施，保证电力系统稳定运行。

参考文献

[1] 李娜娜.新能源发电将迈向高质量发展新阶段[N].国家电网报,2020-01-21(008).

[2] 牛雪松,肖康.新能源接入电网中储能调频的研究[J].电工材料,2022(4):43-44.

[3] 龚浩岳,周勤勇,郭强,等.高比例新能源接入场景电力系统频率分析模型改进与应用[J].电网技术,2021,45(12): 4603-4612.

[4] 任建强,王璐阳,吴家浩,等.基于情景构建与推演的新能源电力设备运行风险评估[J].清华大学学报(自然科学版), 2022,62(10):1571-1578.

[5] 于龙飞,王天阔.新能源发电并网技术及电能质量控制研究[J].科技与创新,2021(23):29-30.

[6] 侯杰.探究新能源发电并网技术的应用及电能质量控制策略[J].中国设备工程,2021(21):261-263.

[7] 张小强.新能源并网发电对电网电能质量的影响研究[J].轻松学电脑,2021(11):1-2.

Testing and Certification of Power Quality Compliance for New Energy Grid Connected Power Stations

YANG Zhuoning,ZHANG Guangkui,ZHU Zhiguo

(Zhongli Tenghui Gonghe New Energy Co., Ltd., Jingning  Gansu  813099)

Abstract:The development of human society cannot be separated from energy. Industrial production requires energy, and daily life also requires energy. For a long time, in order to meet the needs of production and life, people have vigorously developed traditional energy. However, with the increasing demand, the number of various traditional energy sources has rapidly decreased. In this situation, the development and use of new energy has become a trend in social development. New energy can replace traditional energy for power generation, and grid connection of new energy power generation can optimize power layout and improve the quality of power grid.

Key words:new energy power generation;grid connection;power quality