2.2.1 低电压穿越能力检测
2.2.1.1 依据标准及指标要求分析
在2008年前后，德国、西班牙等新能源发电起步较早的国家就出台了光伏发电低电压穿越标准。标准中对低电压穿越能力都提出了具体要求，其中要求在电网故障期间光伏发电系统持续运行的最小电压为电网标称电压的0%～25%，持续运行时间为100～625ms；只有电网故障造成并网点电压低于最小持续运行电压或故障时间超过对应电压点持续运行时间，才允许光伏发电系统从电网切出；在电压跌落时，光伏发电系统应在自身允许的范围内尽可能向电网注入无功功率，以支持电网电压恢复；一旦电网电压恢复，必须在尽可能短的时间内恢复到正常工作状态。
不同国家电网对新能源发电站低电压穿越要求的差异主要表现在最低电压要求、故障持续时间、恢复时间、无功电流注入等方面，不同国家电网的低电压穿越能力要求见表2-1。
低电压穿越检测为并网性能检测中重要的检测项目，主要考核光伏发电站在电网发生暂态故障时，能否在一定时间内维持并网运行的能力。可再生能源发展早期，德国即对低电压穿越提出要求，德标BDEW中关于低电压穿越曲线分为两种类型，光伏发电属于类型2（类型1为同步发电机），低电压穿越曲线如图2-2所示。U/UC为逆变器并网点电压的实际值与额定值之比。除了要求光伏发电站在规定时间内不脱网以外，相关标准要求光伏发电站有功功率输出在故障切除后立即恢复并且每秒钟至少增加额定功率的10%；电网故障时，光伏发电站必须能够提供电压支撑。在故障清除后，不从电网吸收比故障发生前更多的感性无功电流。
表2-1 不同国家电网的低电压穿越能力要求
图2-2 BDEW—2008低电压穿越曲线
在标准GB/T 19964—2012中提出了零电压穿越和低电压穿越期间动态无功支撑的要求，具体如下：
（1）光伏发电站并网点电压跌至0时，光伏发电站应能不脱网连续运行0.15s。
（2）光伏发电站并网点电压跌至图2-3曲线1以下时，光伏发电站可以从电网切出。
（3）电力系统发生不同类型故障时，若光伏发电站并网点考核电压全部在图2-3中电压轮廓线及以上的区域内，光伏发电站应保证不脱网连续运行；否则，允许光伏发电站切出。针对不同故障类型的光伏发电站低电压穿越考核电压见表2-2。
（4）对电力系统故障期间没有脱网的光伏发电站，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少30%Pn/s的功率变化率恢复至正常发电状态。
图2-3 GB/T 19964—2012低电压穿越曲线
表2-2 光伏发电站低电压穿越考核电压
（5）对于通过220kV（或330kV）光伏发电汇集系统升压至500kV（或750kV）电压等级接入电网的光伏发电站群中的光伏发电站，当电力系统发生短路故障引起电压跌落时，光伏发电站注入电网的动态无功电流应满足以下要求：
1）自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30ms。
2）自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.9p.u.期间，光伏发电站注入电力系统的动态无功电流IT应实时跟踪并网点电压变化，并应满足
式中 UT——光伏发电站并网点电压标幺值；
In——光伏发电站额定电流。
2.2.1.2 检测方法
国内外针对低电压穿越能力检测的方法基本类似，主要内容包括检测准备、空载测试、负载测试及检测结果判定方法等。逆变器实验室检测应参照上述标准进行，我国当前主要以GB/T 19964—2012来指导测试，具体如下：
1.检测准备
检测前应做以下准备：
（1）进行低电压穿越测试前，被测逆变器应工作在与实际投入运行时一致的控制模式下。低电压穿越能力检测示意图如图2-4所示。按照图2-4连接可控直流源、电压跌落发生装置以及其他相关设备。
图2-4 低电压穿越能力检测示意图
（2）检测应至少选取5个跌落点，其中应包含0%Un和20%Un跌落点，其他各点应在（20%～50%）Un、（50%～75%）Un、（75%～90%）Un三个区间内均有分布，并按照标准要求选取跌落时间。Un为光伏逆变器额定电压。
2.空载测试
正式测试前应先进行空载测试，检测应按如下步骤进行：
（1）确认被测光伏逆变器处于停运状态。
（2）调节电压跌落发生装置，模拟线路三相对称故障和随机一种线路不对称故障，使电压跌落幅值和跌落时间满足图2-5的容差要求。线路三相对称故障指三相短路的工况，线路不对称故障包含A相接地短路、B相接地短路、C相接地短路、AB相间短路、BC相间短路、CA相间短路、AB接地短路、BC接地短路、CA接地短路9种工况。0%Un和20%Un跌落点电压跌落幅值容差为+5%。
图2-5 电压跌落容差曲线图
3.负载测试
应在空载测试结果满足要求的情况下，进行低电压穿越负载测试。负载测试时的电抗器参数配置、不对称故障模拟工况的选择以及电压跌落时间设定均应与空载测试保持一致，测试步骤如下：
（1）将光伏逆变器投入运行。
（2）光伏逆变器应分别在（0.1～0.3）Pn和不小于0.7Pn两种工况下进行检测，Pn为被测光伏逆变器总额定功率。
（3）控制电压跌落发生装置进行三相对称电压跌落和空载随机选取的不对称电压跌落。
（4）在被测逆变器交流侧通过数据采集装置记录被测光伏逆变器交流电压和电流的波形，记录至少从电压跌落前10s到电压恢复正常后6s之间的数据。
（5）所有测试点均应重复1次。
4.检测结果判定方法
（1）有功功率恢复的判定方法。光伏逆变器有功功率恢复的判定方法示意图如图2-6所示。图中P0为故障前光伏逆变器输出有功功率的90%；ta1为故障清除时刻；ta2为光伏逆变器有功功率恢复至持续大于P2的起始时刻；Udip为光伏逆变器并网点跌落电压幅值与额定电压的比值。
图2-6 有功功率恢复的判定方法示意图
在ta1～ta2的时间段内，若光伏逆变器的有功功率曲线全部在“30%Pn/s恢复曲线”之上，则故障后光伏逆变器有功功率恢复速度满足要求，否则不满足要求。
（2）无功电流注入的判定及计算方法。电压跌落期间光伏逆变器无功电流注入的判定方法示意图如图2-7所示。图中IQ为无功电流注入参考值；Iq（t）为电压跌落期间光伏逆变器无功电流曲线；t0为电压跌落开始时刻；tr1为电压跌落期间光伏逆变器无功电流注入首次大于90%IQ的起始时刻；tr2为光伏逆变器并网点电压恢复到90%Un的时刻；Udip为光伏逆变器并网点电压与额定电压比值。
图2-7 无功电流注入判定方法示意图
由图2-7可以得出电压跌落期间光伏逆变器无功电流注入的相关特性参数如下：
无功电流输出响应时间tres为
无功电流注入持续时间tlast为
无功电流注入有效值Iq为
