低电压穿越(LVRT)要求及测试
光伏逆变器低电压穿越标准
光伏逆变器低电压穿越标准摘要：一、光伏逆变器概述二、低电压穿越标准简介三、光伏逆变器检测项目及检测标准四、光伏逆变器市场概况五、总结正文：一、光伏逆变器概述光伏逆变器是一种电力电子设备，用于将太阳能电池板（光伏组件）所产生的直流电（dc）转换为可供家庭、商业或工业用电的交流电（ac）。
它将太阳能电池板产生的电能从太阳能电池板中提取出来，并将其转换成我们可以使用的电能。
逆变器还负责最大限度地提高太阳能电池板的功率输出，并确保其长期稳定运行。
它是太阳能发电系统中不可或缺的组成部分之一。
二、低电压穿越标准简介低电压穿越（Low Voltage Ride Through，简称LVRT）是光伏逆变器等电力电子设备需要具备的一项重要功能。
由于电力电子设备发电时没有转动惯量，电网会要求这些设备具备低电压穿越功能。
以光伏并网为例，当光伏逆变器并网发电时，如果电网电压突然跌落（例如从380V 跌落到200V），如果这时逆变器没有LVRT 功能，逆变器会因为市电不在其并网范围内而瞬间脱网，给电网带来压力。
具备LVRT 功能的逆变器则能短时并网，甚至能向电网提供一定的无功功率。
三、光伏逆变器检测项目及检测标准光伏逆变器的检测项目和检测标准主要包括以下几个方面：1.电能质量：检测光伏逆变器的电能质量，确保其符合相关标准要求。
2.有功无功控制：检测光伏逆变器的有功和无功控制能力，确保其在各种工况下能正常工作。
3.低电压穿越：检测光伏逆变器在低电压条件下的穿越能力，确保其不会因为电网电压跌落而脱网。
4.电压频率适应性：检测光伏逆变器在不同电压和频率下的工作稳定性，确保其能在各种工况下正常运行。
四、光伏逆变器市场概况光伏逆变器市场主要以集中式逆变器和组串式逆变器为主，其中组串式逆变器占据市场主导地位。
据IHS Markit 数据测算，2021 年全球组串式逆变器市场占比为70.7%；根据中国光伏行业协会发布的《中国光伏产业发展路线图（2021 年版）》，2021 年我国组串式逆变器市场占有率为69.6%。
低电压穿越技术(2011-9-28)
风力发电低电压穿越技术1. 低电压穿越技术的提出在风电场容量相对较小并且分散接入时，系统故障时风电场退出运行不会对系统稳定造成影响。
随着风电装机容量在系统中所占比例增加，风电场的运行对系统稳定性的影响将不容忽视。
世界各国电力系统对风电场接入电网时的要求越来越严格，甚至以火电机组的标准对风电场提出要求。
包括低电压穿越（Low Voltage Ride Through ，LVRT ）能力，无功控制能力，甚至是有功功率控制能力等，其中LVRT 被认为是对风电机组设计制造技术的最大挑战。
2. 低电压穿越的定义及要求定义：低电压穿越（LVRT ），指在风力发电机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。
要求①：我国对于风电装机容量占其他电源总容量比例大于5%的省（区域）级电网，要求该电网电机组能够保证不脱网连续运行。
3. LVRT 国内外研究现状风力发电系统，根据发电机转速，可以分为失速型与变速恒频型，其中变速恒频又可以分为双馈型和直驱型；根据传动链组成，可以分为有齿轮箱和直接驭动型；有齿轮箱又可以分为多级齿轮+高速发电机型与单级齿轮+低速发电机型。
目前市场上风机类型可概括为三类,即直接并网的定速异步机FSIG(fixed speed induction generator)、同步直驱式风机PMSG(permanent magnetic synchronous generator)和双馈异步式风机DFIG(doubly-fed induction generator)。
这三种机型, FSIG 属于淘汰机型，以后的发展趋势是PMSG 和DFIG 。
①目前，各国对低电压穿越的要求不同，其中在行业中影响最大的是德国的E.ON 标准。
②低电压穿越特性曲线主要是由故障期间的电压最低值（即低电压穿越曲线中U/UN 的最小值）电压最低点的时间长度和故障恢复时间来决定。
光伏逆变器低电压穿越标准
光伏逆变器低电压穿越标准光伏逆变器低电压穿越（LVRT）标准是针对光伏发电系统的稳定性要求而制定的技术规范。
在电网出现故障或异常时，低电压穿越能力能够保证光伏逆变器继续运行，避免系统崩溃或设备损坏。
以下是关于光伏逆变器低电压穿越标准的详细介绍：一、低电压穿越的定义低电压穿越是指当电网电压异常下降时，光伏逆变器能够保持持续运行，并逐渐降低输出功率，以避免对电网和设备造成损害。
在电网故障或异常情况下，光伏逆变器应具备承受低压的能力，以保证系统的稳定性和可靠性。
二、低电压穿越标准的制定低电压穿越标准的制定是为了规范光伏逆变器的设计和制造，确保其在电网故障时能够安全、可靠地运行。
国际上，许多国家和地区都制定了相应的低电压穿越标准，如欧洲的EN50593、美国的IEEE 1547等。
这些标准对低电压穿越的测试方法、技术要求和性能指标等方面都进行了详细的规定。
三、低电压穿越标准的实施为了满足低电压穿越标准的要求，光伏逆变器制造商需要在产品设计、制造和测试等环节进行严格把控。
具体实施过程中，需要关注以下几个方面：1.硬件设计：光伏逆变器的硬件设计需具备足够的耐压能力和绝缘裕度，以应对电网故障时可能出现的低电压情况。
此外，还需优化电路结构，提高设备的耐受能力和可靠性。
2.软件算法：针对低电压穿越要求，光伏逆变器应配备相应的软件算法，以实现智能化控制和优化运行。
这些算法应能准确识别电网状态，判断是否出现低电压情况，并采取相应的措施进行调整和控制。
3.测试与认证：为确保光伏逆变器具备低电压穿越能力，制造商需按照相关标准进行严格的测试和认证。
测试内容包括但不限于耐压试验、绝缘电阻测试、效率测试等。
经过测试合格的逆变器需获得相应的认证标志或证书，以证明其具备低电压穿越能力。
4.电网适应性：除了满足低电压穿越标准外，光伏逆变器还需具备良好的电网适应性。
这包括对不同类型电网的适应能力、并网运行的稳定性和抗干扰性能等。
通过优化控制算法和加强设备可靠性，可以进一步提高光伏逆变器在电网异常情况下的适应性。
LVRT
风电场低电压穿越能力验证方案测试依据的标准为：国家电网公司《风电场接入电网技术规定》和IEC 61400-21:2008：Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines.测试设备西班牙w2ps公司研制的低电压穿越测试系统DipGen。
该测试系统在风电机组机端模拟电网短路故障，并测试风电机组的响应情况。
该设备具体参数及外观示意图如下：我国风电场接入电力系统技术规定中对于风电机组的低电压穿越能力进行了详细规定。
对于风电装机容量占电源总容量比例大于5％的省（自治区）级电力系统，其电力系统区域内新增运行的风电场应具有低电压穿越能力。
风电场的低电压穿越要求应符合下图及相关规定：图1 风电场低电压穿越要求a ）风电场并网点电压跌至20％额定电压时，风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行625ms ；b ）风电场并网点电压在发生跌落后2s 内能够恢复到额定电压的90％时，-11234时间 (s)0.625并网点电压(p u )风电场内的风电机组能够保证不脱网连续运行。
参考国外关于风电机组低电压穿越测试的要求，并按照国家电网风电场接入系统技术规定的具体要求，有关风电场风电机组低电压穿越能力验证测试方案如下：1）在风电机组小出力（0.1-0.2Pn）及大出力（大于0.9pn）情况下分别进行低电压穿越试验。
2）试验过程包括三相短路故障、两相短路故障及单相短路故障。
3）测试分别在风电机组机端电压的0.9pu、0.5pu、0.2pu情况下进行，故障类型及具体持续时间如下表所示。
注：对于三相及两相相跌落，电压跌落幅值为线电压跌落幅值，对于单相跌落则为相电压跌落幅值。
4）测试需要在每个类型下连续进行两次测量，如果连续相同情况的电压跌落连续重复测试两次，连续两次风电机组不切机则通过验证，连续两次切机则不能通过验证。
各国风电并网导则对低电压穿越的要求
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
4
1.
低电压穿越（LVRT）的概念 Concept of Low Voltage Ride Through
什么是低电压穿越？
LVRT：Low Voltage Ride Through 当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时，在一定 电压跌落的范围内，风电机组能够不间断并网运行。
The wind penetration is low
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
8
1.
低电压穿越（LVRT）的概念 Concept of Low Voltage Ride Through
风电装机比例较高时：
高风速期间，由于输电网故障引起的大量风电切除会导致系 统潮流的大幅变化甚至可能引起大面积的停电，而带来频率 的稳定问题。 低电压穿越能力是必需的
迟永宁 CHI Yongning chiyn@ 并网技术室
2009.01.06 中国电力科学研究院新能源研究所
2004-12-14
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
2
大纲 Outline
1. 低电压穿越（LVRT）的概念
风 桨叶
齿轮箱 异步发电机 低速轴 升压变 电网
中国电力科学研究院
CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE
高速轴 并联电容器组
6
1.
200
风电机组低电压穿越现场测试程序.doc
LVRT Testing Procedures 低电压穿越测试程序 Requirements on test circuit 对测试电路的要求
Preliminary selection of current limiting reactance X1 初步选择限流电抗X1 Short-circuit power > 3 times the rated WT power 短路容量>3倍的风电机组额定容量
1
LVRT Workshop Beijing 06./07. January 2009 Weck: LVRT requirements and testing
LVRT Testing Procedures 低电压穿越测试程序 Requirements on test circuit 对测试电路的要求
Selection of a suitable system connection point (PCC) 选择适当的系统连接点(PCC) Voltage dip during fault: S sc 故障期间电压跌落： Δu =
S sys + S sc
Permitted voltage dip dependent on PCC to power system 允许的电压跌落取决于电力系统的公共连接点
At low-voltage side of the WT transformer (phase to neutral) 在风电机组变压器的低压侧（相对中性点） At medium-voltage side of the WT transformer (phase to earth) 在风电机组变压器的中压侧（相对地） At system side of LVRT test laboratory (phase to earth) 在低电压穿越测试设备的系统侧（相对地）
低电压穿越(LVRT)
低电压穿越能力是当电力系统中风电装机容量比例较大时，电力系统故障导致电压跌落后，风电场切除会严重影响系统运行的稳定性，这就要求风电机组具有低电压穿越（Low V oltage Ride Through，LVRT）能力，保证系统发生故障后风电机组不间断并网运行。
风电机组应该具有低电压穿越能力：a）风电场必须具有在电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行620ms的低电压穿越能力；b）风电场电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，风电场必须保持并网运行；c）风电场升压变高压侧电压不低于额定电压的90%时，风电场必须不间断并网运行。
风电机组低电压穿越（LVRT）能力的深度对机组造价影响非常大,根据实际系统对风电机组进行合理的LVRT能力设计很有必要。
对变速风电机组LVRT原理进行了理论分析,对多种实现方案进行了比较。
在电力系统仿真分析软件DIgSILENT/PowerFactory中建立双馈变速风电机组及LVRT功能模型。
以地区电网为例,详细分析系统故障对风电机组机端电压的影响,依据不同的风电场接入方案计算风电机组LVRT能力的电压限值,对风电机组进行合理的LVRT能力设计。
结果表明,风电机组LVRT能力的深度主要由系统接线和风电场接入方案决定。
设计风电机组LVRT能力时,机组运行曲线的电压限值应根据具体接入方案进行分析计算。
解决：需要改动控制系统，变流器和变桨系统。
国内的标准将是20%电压，625ms，接近awea的标准。
针对不同的发电机类型有不同的实现方法，最早采用也是最普遍的方案是采用CROWBAR,有的已经安装在变频器之中，根据不同的系统要求选择低电压穿越能力的大小，即电压跌落深度和时间，具体要求根据电网标准要求。
风电制造商采用得较多的方法，在发电机转子侧装有crowbar电路，为转子侧电路提供旁路，在检测到电网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路（释能电阻）保护装置,达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来维持发电机不脱网运行（此时双馈感应发电机按感应电动机方式运行）。
低电压穿越试验报告
低电压穿越试验报告
试验目的：验证设备在低电压穿越情况下的性能和稳定性。
试验装置：
1. 电源：可调节的低电压电源
2. 被试设备：需要测试的设备
3. 测试仪器：电压表、电流表、示波器等
试验步骤：
1. 将电源接入被试设备的电源输入端，并确保电源输出电压为标称低电压值。
2. 观察被试设备的表现，并记录下来。
3. 逐步降低电源输出电压，直至被试设备无法正常工作或出现异常情况。
4. 记录下电源输出电压的最低值，以及被试设备在该电压下的表现和异常情况。
试验结果：
根据试验数据，可以得出以下结论：
1. 被试设备在标称低电压情况下能够正常工作，并没有出现异常情况。
2. 在逐步降低电压的过程中，被试设备能够维持正常工作，直到电源输出电压降至某一临界值。
3. 在临界值以下，被试设备无法正常工作或出现异常情况，例如频繁重启、功能失效等。
结论和建议：
根据试验结果，可以判断被试设备在低电压情况下的性能较好，并且能够保持稳定工作。
然而，在电源输出电压达到临界值以下时，被试设备可能无法正常工作，需要进一步优化设计以提高其低电压穿越能力。
建议在生产厂家的使用说明书中明确标注被试设备的最低工作电压范围，以引导用户正确使用，并减少可能的损坏风险。
在实际应用中，为了保证设备的稳定工作，建议在电源电压不稳定或电源质量不好的环境下，使用稳压器等设备来保护被试设备。
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由德国联邦政府颁布的第一部关于可再生能源发电(EEG) 和热电联产
(BHKW) 的联邦法律
Fixed balance for power generation using renewable energy resources Wind, Water,
Biomass and Biogas, Photovoltaic
Low-Voltage Ride Through (LVRT) Requirements and Testing
低电压穿越（LVRT）要求及测试
Dr.-Ing. Karl-Heinz Weck
Forschungsgemeinsc
haft für Elektrische
Anlagen
und
Stromwirtschaft e.V.
常规的过流保护不起作用
Protection during faults by voltage and frequency variation
故障期间根据电压和频率变化进行保护
Basic requirement in Grid Codes fast disconnection at system faults
UCTE 400 kV
G
Subtransmission
个别地区超过20% WT connection to sub-transmission
次输电网110/132 kV
and transmission frequent
Industry工业
风电机组常接入次输电网及输电网
Voltage and load-flow in
History of Grid Codes in Germany since 2003 2003年后德国并网导则发展历程
Grid Codes Transmission Systems 并网导则输电网部分
12 3 4
25000
Installed Power in MW
20000
15000
10000
5000
Distribution配电网 transmission and subtransmission
Small Industry小工业
influenced 输电网和次输电网的电压和潮流受
WT
到影响
Large scale disconnection of WT from the
system at system faults leads to
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Year
1
2
3
4
5
Grid Codes Distribution Systems
并网导则配电网部分
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Power generation of Wind Turbines since 2003 2003年后风电状况
The European UCTE interconnected 400 kV system 欧洲电力传输协调联盟UCTE互联的400 kV 系统
Red红色: 500 kV Transmission输电网 Brown棕色: 330 kVÜ bertragung
可再生能源发电如风电、水电、生物质能和沼气、光伏采用固定上网电价
Priviledged grid connection of power plants 发电厂优先接入电网
Main concern of public power supply companies:
公共供电公司关心的主要问题：
Voltage quality disturbances 电压质量扰动 Performance of private generation plant during power system disturbances due to faults
故障造成电力系统扰动期间私营发电厂的特性
Grid Codes 1 to 4 concentrated on these 2 subjects 并网导则1至4主要集中在这两个方面
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Power generation of Wind Turbines since 2003 2003年后风电状况
The European UCTE interconnected 400 kV system 欧洲电力传输协调联盟UCTE互联的400 kV 系统
UCTE 400 kV Connection to distribution
G
Subtransmission
system
次输电网 110/132 kV Industry工业
接入配电网 Load-flow in transmission and
sub-transmission not
Distribution 配电网 influenced.
Fast disconnection prior to reclosing after faults required
要求风电机组在故障后重合闸之前快速切除
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LVRT Workshop Beijing 06./07. January 2009 Weck: LVRT requirements and testing
Grid Codes 1 to 4 for Distribution Systems
配电系统并网导则1至4
Performance during system faults
Wind power in Germany 德国风力发电
State 30th June 2007
2007年6月30日状况
Installed:
21,3 GW
装机容量: 2 1 . 3 G W
Number: 18.700WEA
台数：
18700 台
Generated: 37,5 TWh
First federal laws for renewable energy generation (EEG) and combined heat-
electricity generation (BHKW) published by the Federal Government of
Germany
Full-power frequency converters
全功率变频器
Short-circuit currents small and of short duration
短路电流小且持续时间短
Usual protection by overcurrent relays not effective
系统故障期间特性
Wind turbine techniques up to 2001 至2001年的风电机组技术
Directly coupled asynchronous generators 直接接入电网的异步发电机
Double-fed asynchronous generators
双馈异步发电机
Installed Power in Germany 德国装机容量
Installed Power
Installed Power
Year
装机容量
装机容量
年份
Total 总计
Wind energy 风能
GW
GW
2000
123
6 (4,9%)
2007
125
22 (17,6%)
4
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Small Industry小工业 输电网及次输电网的潮流不受 影响
Wind power not necessary for
power supply reliability
Low-voltage低压 400 V
Households 居民区
供电可靠性对风电没有要求
Additive power regneration
25000
Installed Power in MW
20000
15000
10000
5000
0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008
Year
1
2
3
5
Grid Codes Distribution Systems
并网导则配电网部分
3
LVRT Workshop Beijing 06./07. January 2009 Weck: LVRT requirements and testing
配电Gr网id并C网od导es则ex1c至lu4sively for private power generation
并网导则仅适用于私有发电
Codes not applicable to generation of public power supply companies
导则不适用于公共供电公司
Power generation of Wind Turbines since 2003