分布式光伏並網技術難點分析

諧波主要是指電流諧波,由光伏逆變器的電力電子元件引起,一般情況下隻有通過測試分析才可以識別。閃變主要指電壓的快速波動引起用電端可人為感知的效應。
yabo2019vip 2017-2-25 21:22:12

  各國以太陽能光伏形式為主的分布式發電正在迅猛發展。德國的屋頂光伏安裝量已經增長到10GW以上。雖然政府補貼按月下調,但由於電價飛漲,這一趨勢未見衰退。美國已經達到每四分鍾就有一個光伏係統被安裝的程度,屋頂分布式在其中的貢獻功不可沒。日本在過去的一年由於政策支撐和市場模式設計失敗,屋頂租賃等新興分布式模式未達到預期效果。但日本地方政府力爭在今年改進中介方式,提高成交量,比如將太陽能發電可用作應急儲備電源等。中國的分布式光伏在2013年更加大踏步前進,共有15個支持政策相繼出台。“十二五”規劃的35GW光伏發電容量中,有20GW將為分布式發電。從技術角度,即使是在新能源法EEG已經出台近14年的德國,分布式光伏並網還是在給電網公司們帶來不小的困難和“額外工作”,900家電力係統運營商中隻有10%號稱可以讓光伏大規模的分布式接入(大規模接入的定義:光伏電源安裝量大於平均負荷值),並穩定運行其網絡。筆者就曾經有過給德國配電網運營商提供光伏電站並網優化方案的經驗,在這一過程中開發商、設備商和電網運營商之間的並網技術博弈可見一斑。
  1.對配網局部電壓穩定的影響
  中國早期建設的10kV配電線路多數是單輻射狀分布供電,係統安全性較低。在城區配電網絡建設與改造中逐漸考慮建立環網供電、開環運行的模式。在各種配網結構中,靜態和動態電壓的變化都會對線路保護、係統運行安全造成影響。穩態運行狀態下,電壓理論上沿傳輸線潮流方向逐漸降低。分布式光伏接入後,由於傳輸功率的波動和分布式負荷的特性,使傳輸線各負荷節點處的電壓偏高或偏低,導致電壓偏差超過安全運行的技術指標。圖1中描述了分布式光伏接入配電網對於局部電壓影響的原理,在大規模分布式光伏接入後,配電網局部節點存在靜態電壓偏移的問題。配網中尤其是低壓網絡對電壓變化比較敏感,若想抑製這種影響,需要在中低壓變化器選型中使用可控型變壓器。
  2.對電網頻率穩定性的影響
  德國大規模發展分布式光伏的經驗教訓告訴我們,小出力照樣會引起電力係統頻率穩定性問題。如前文所述,當德國分布式,尤其是屋頂光伏安裝容量達到3GW的水平後,德國具備的備用電源即所謂的一次調頻將不能滿足分布式光伏電源同時切出的出力損失。原因在於,德國中壓並網導則生效之前,舊的小型光伏逆變器設計參數中,當電網頻率超過50.2Hz即會直接脫網而不參與電網係統服務,即不對電力係統故障情況下做出貢獻。在其他光伏安裝量較多的國家,強調並網電源的頻率安全運行範圍和發生頻率過限後的脫網時間也逐漸在並網導則中體現。
  3.對故障中短路電流的貢獻
  傳統的同步電機具有提供短路電流的能力,在與電網提供的短路電流疊加後可以確保線路保護在1~2個周波時間斷開。然而,光伏逆變器由於能量密度有限,其中電力電子元件過流能力限製,並不能提供較高的短路電流。通過實驗和動態仿真,一般認為光伏逆變器的短路電流隻比額定電流大25%以內。即使在國際相關標準中,也隻要求逆變器提供1倍額定的短路電流。這導致在大規模接入分布式光伏的情況下,傳輸線發生短路故障時,由於光伏逆變器短路電流能力不足,線路上的故障無法被檢測並且使保護響應。尤其是在傳統的三段式保護中,瞬時電流速斷保護可能會不能被識別。根據光伏電站並網分析經驗,並網點的短路電流主要由接入的主網提供,並網點連接的網絡是否“堅強”整體決定了分布式的短路能力。光伏發電站貢獻短路電流造成中低壓設備的改造問題,如對電流保護、中壓開關和電流互感器等元器件的重新選型。因此,光伏發電係統的短路電流貢獻應當在配電係統規劃、分布式係統設計中被充分考慮。
  4.對電能質量的影響
  諧波主要是指電流諧波,由光伏逆變器的電力電子元件引起,一般情況下隻有通過測試分析才可以識別。閃變主要指電壓的快速波動引起用電端可人為感知的效應。光伏發電係統中也是由同時快速投切的並網逆變器造成的。如果分布式光伏逆變器出廠測試不達標,較差的電能質量最壞情況下會對附近發電係統、敏感用電設備、信號傳輸造成破壞和幹擾。分布式光伏產生的諧波和閃變對電網和負荷的影響,除了以上提及的因素外,還依賴於並網點的短路容量和同一中壓升變壓器下並網的分布式電源總量。太陽能光伏電站的電能質量應當滿足相關國家和地方並網標準,有關電流諧波和電壓閃變指標應當有具體量化。圖二即為按照德標分析的分布式光伏電站案例,可以看到低次諧波和中間諧波均有不同程度的超標,此案例電站需要進行重新測試或電能質量優化。

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