太阳能光伏系统的电网故障穿越能力（包括低电压穿越LVRT与高电压穿越HVRT）是保障电网稳定运行的核心技术，其核心在于通过逆变器控制、无功补偿及动态响应策略，使系统在电压异常时维持并网状态并支撑电网恢复。以下从技术原理、标准要求、实现策略及挑战四个维度进行解析：

### **一、技术原理与重要性**
1. **低电压穿越（LVRT）**
- **定义**：当电网电压因故障跌落至额定电压的0%-90%时，光伏系统需保持并网运行，避免脱网引发连锁故障。
- **技术实现**：
- **逆变器控制优化**：采用锁相环（PLL）技术同步输出电流与电网电压，防止过流保护误动作。
- **动态无功补偿**：通过SVG（静止无功发生器）等设备快速注入无功电流，支撑电压恢复。
- **故障检测与响应**：实时监测电压跌落，触发控制策略调整输出功率。
- **重要性**：防止大规模光伏脱网导致电网频率崩溃，提升系统抗故障能力。

2. **高电压穿越（HVRT）**
- **定义**：当电网电压因故障或操作升至额定电压的110%-130%时，光伏系统需维持并网运行，避免过压保护脱网。
- **技术实现**：
- **逆变器耐压设计**：优化硬件结构（如采用耐压半导体器件），提升电压耐受能力。
- **有功/无功功率平衡控制**：根据电压变化动态调整输出，防止能量倒灌。
- **硬件保护强化**：增设过电压保护电路，确保设备安全。
- **重要性**：减少设备因过压损坏，保障电网在电压上升时的稳定运行。

### **二、标准要求与量化指标**
根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GB/T 19964-2024）等标准，光伏系统需满足以下要求：

1. **低电压穿越（LVRT）**
- **电压跌落至0%时**：不脱网连续运行≥150ms。
- **电压跌落至20%时**：不脱网连续运行≥625ms。
- **电压跌落至20%-90%时**：在图示阴影区域内不脱网运行，且动态无功电流增量需满足公式：
\[
\Delta I_{TC} = K_2 \times (0.9 - U_T) I_N \quad (0 \leq U_T \leq 0.9)
\]
其中，\(K_2\)为比例系数（通常≥1.5），\(U_T\)为电压标幺值，\(I_N\)为额定电流。

2. **高电压穿越（HVRT）**
- **电压升至125%-130%时**：不脱网连续运行≥500ms。
- **电压升至120%-125%时**：不脱网连续运行≥1s。
- **电压升至110%-120%时**：不脱网连续运行≥10s。
- **动态无功支撑**：电压高于110%时，无功电流输出能力需≥1.05倍额定电流。

### **三、实现策略与关键技术**
1. **逆变器控制优化**
- **低电压穿越**：通过改进控制算法（如电流限制、无功优先策略），在电压跌落时维持输出电流稳定。
- **高电压穿越**：采用电压前馈控制，动态调整有功/无功输出比例，防止过压脱网。

2. **无功补偿设备应用**
- **SVG（静止无功发生器）**：响应速度快（≤30ms），补偿精度高，可快速稳定电压波动。
- **电容器组**：成本低，但投切延时较长，需结合选相投切策略使用。

3. **硬件保护与冗余设计**
- **耐压元件选型**：逆变器采用耐压等级更高的IGBT模块，提升过电压承受能力。
- **保护电路增设**：如直流撬棒电路，防止直流母线过压导致设备损坏。

### **四、挑战与解决方案**
1. **技术挑战**
- **高频大功率逆变器响应速度**：需优化控制算法（如模型预测控制），提升动态响应精度。
- **不平衡电压穿越**：故障恢复期间电压可能包含不平衡分量，需开发分序控制策略。
- **成本与可靠性平衡**：增配无功补偿设备及硬件保护可能推高建设成本。

2. **解决方案**
- **算法优化**：采用先进控制理论（如滑模控制、自适应控制），提升逆变器鲁棒性。
- **标准化测试**：通过电压跌落模拟器、示波器等设备，严格验证系统穿越能力。
- **区域电网特性适配**：结合当地电网负荷特性，制定差异化穿越技术方案。

### **五、案例与数据支撑**
- **低电压穿越测试**：某光伏电站并网点电压跌落至0%时，通过SVG补偿，系统在150ms内恢复稳态输出，无功电流增量达1.2倍额定电流。
- **高电压穿越测试**：电压升至130%时，逆变器采用电压前馈控制，连续运行500ms后电压恢复，有功功率波动≤5%。
- **经济性分析**：增配SVG设备可使建设成本上升约8%，但故障脱网率降低60%，长期运维成本显著下降。

### **结论**
太阳能光伏系统的电网故障穿越能力是保障电网稳定运行的关键技术，其实现需结合逆变器控制优化、无功补偿设备应用及硬件保护设计。随着新能源渗透率提升，高低电压穿越技术将向更高效、更可靠的方向发展，为电力系统智能化转型提供有力支撑。