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【技术】光伏并网的技术挑战及解决方案

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人气:-发表时间:2015-12-01 08:32【

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今天我给大家汇报的题目主要是关于并网的一些具体的技术问题,刚才听了各位专家关于行业发展的情况,整体的数据,包括一些标准方面的问题,具体的光伏系统的实施并网方面有很多细节性的问题。前面这一部分的发展前景大家很清楚,目前我们国家的规划是到2020年150GW,如果按照这个速度可能会超过这个数字,每年有20GW的装机容量,今年可能就达到这个数字了。这里面还有一个数字是40%是分布式,60%是地面今天我给大家汇报的题目主要是关于并网的一些具体的技术问题,刚才听了各位专家关于行业发展的情况,整体的数据,包括一些标准方面的问题,具体的光伏系统的实施并网方面有很多细节性的问题。的大型电站为主。

  这个特点刚才几位专家也提到了,就是间歇性、随机性、周期性,对我们系统影响最大的就是间歇性的波动,有些数据统计,比如说对于100兆瓦的电站,可能只要只分钟时间,功率就可以从满载下降到60%以下,这个水平的波动对我们整个系统安全性的影响是非常大的,你怎么快速的补上调峰能力,迅速的响应是非常大的挑战。

  第二就是通过点设备并网,没有旋转部件,没有惯性,在动态的过程,惯性是非常小的。所以从整个系统来说,从光伏系统的角度,包括穿越能力、调度的响应、以及功率控制,比如说国家大力推广的户用扶贫项目,大量的农网电网的质量是非常差的,当我们电网并网以后会出现一些电量质量变差,电压的剧烈波动,不仅是在农村遇到这样的现象,即使是城市的周边农村的并网也遇到这样的问题,从电网的角度,首先关注的就是电能质量,继电保护,频率调节、电压调节和调解能力,更关心的是电网运行的安全问题。其实更大的挑战对于我们国内来说,除了技术层面的标准和整体的规划,包括电网规划方面的挑战,我们知道其实现在国内并网的标准,包括仿真平台的建设等等怎么去规划未来的电网,这个挑战更大一些。

  能源互联网也是今年讲的比较多的,也是比较热的话题,对于光伏系统怎么融入这个能源互联网系统里面,实现这么多功能,包括功率预测、调度响应等等这些也是很大的挑战。大家都知道我们今年有一个新的电改,这个文件的下发还没有正式的实施,电改就引入了一个新的机制,因为竞争越厉害的话,对于整个光伏的性能、价值要求就越高。

  第二部分讲一下逆变器在作为光伏系统的桥梁,作用重大。逆变器在整个光伏系统的里面成本占比已经非常小了,但是整个光伏系统的核心逆变器起了非常重要的作用,左边光伏侧追求更高的系统效率,更低的度电成本,最终的目的是实现平架上网,目前国内的光伏的PR,我们领跑者的计划要求是81%,很多专家现场调研以后发现,目前国内的电站的PR是75%左右,国外的欧洲和欧美国家的PR水平是85%,差了一个5%、10%的差异,从电网来讲是接触电网的友好型,包括故障穿越以及灵活的调度响应能力,正光伏系统最核心的问题就包括两大块。

  良好的并网性能主要包括低电压穿越、零电压穿越以及有功和无功率的调节,前几年大家都关注故障穿越,我们在现场测很多电站,实际现场运行下来并不是很满意,在整个的电站级的测试中会出现一些拖网的现象,所以不断加大未来对整个系统的挑战也是非常大的问题。

  逆变器的并联和数量越来越多,尤其是西部的电站,并联出现问题就会出现谐振质量问题,更为严重的就会导致拖网事故的发生,尤其是在西北弱网的地区,这个风险是非常大,而且这个东西还有一定的随机性,这个风险也是波动的状态。调度这一块就是响应AGC和AVC的要求,在西部青海、甘肃这些地区,光伏装机非常大的明确要求要具备调度的时间要求和具体功能的要求。

  对于大型电站,利用逆变器的SVG功能替代或者是补充原油的无功调度也是非常明显的用趋势,这个话题行业内也讨论了很多,除了响应调度以外,我们最新的技术,比如说我们大型的逆变器,可以做到自动的根据端口的电压来调整我们的无功,这个动态响应的速度非常快。

  对于分布式的无功和功率运速的问题非常明显,我们遇到了很多电量,分布式的并网以后,导致并网点功率匀速急速下降,去年研讨会上也有客户提出来这样的问题,几乎每个厂区都会出现这种问题,我们这边有一个实际的电站,5兆瓦容量,并网以后功率运速降到了0.5的水平,这样一个5兆瓦电站一个月因为功率运速下降,罚款罚了十几万,超过了卖电的钱。为什么呢?因为我们国家的考核点是在这里,政策是鼓励自发自用余量上网的,你的并网点必然是在下面,我们一般厂区里面的无功是在这个位置,就是用户的负载进行无功补偿,你并在这个点以后,立即会导致功率运速下降,这是一个非常突出的问题。所以我们针对这种情况,一方面利用我们逆变器的功能,同时我们做了一个控制器,可以实施的采取我们的因素进行动态的调解,保证我们的供应数在0.95以上。

  这是一些在实际的项目中,一些分布式农村扶贫的电网环节非常少,这都是在实际的项目中具体的案例,现在的农网规划包括接入的标准要求还有很多细节的问题没有做到,比如说三向不平衡的问题,农村的电网大部分都是单向的,每个村庄的每项分配以后,你并的数量不同,很快就导致出现不平衡,而且现在农村的生活条件好以后,出现大量非线性的负担,对我们整个光伏系统并网以后的质量提出非常大的挑战,严重的话会导致我们家用电器的损坏。如果我们自便其可以做自动有功、无功控制,我们可以自动的根据频率和电压进行有功无功的调节。目前国内这一块也没有明确的要求,是不是今后在我们标准里面做一些这样的探讨。

  还有一个就是刚才提到的继电保护,我们很多分布式的用户不知道继电保护怎么配,因为给的典型介入标准里面不是特别具体的,很多用户拿到这个规范以后,不知道这个电站和原有的继电保护怎么配,这个最终会影响到用户,在继电保护的差异大概是几百万,这个对用户的经济型指标非常高的,怎么在分布式电站里面去平衡原有的继电保护,以及我们接入系统,既要保证安全,也要保证我们的经济性。

其他的包括电能质量、孤岛保护、多种调度方式等等问题,针对这种情况,我们也做了大量的研究,包括系列化的产品,包括分布式的接入系统,我们可以在标准的集装箱的集中进去,这是在光伏逆变器的角度谈了具体的问题。

  第三谈一下关于储能对光伏支撑作用。刚才提高渗透率的定义,定义光伏系统的交流容量与峰值负荷的比值,经验值是25%-50%,如果朝出这个渗透率的比例就会出现电压升高,由云层变化引起的电压调节问题,包括引起一些大的脱网的问题,我们国家在分布式电源配电网并网标准里面也有一个规定,不允许超过25%,实际上我们现在遇到比较大的问题,一个是西部的大型的电站,比如说内蒙、甘肃,实际上光伏加风电占了2014年30%,这是对于区域性电网的影响非常明显。在分布式的项目,很多用户在配置光伏系统容量的时候,甚至超过了我们负荷60%以上,负荷是1.6兆,这个比例是非常大的,会不会对整个安全性影响非常大。国外对渗透率的严重也做了非常多的工作,2010年研究出了20%的配置。他们的计划是到2020年研究出可再生能源占比33%的电力系统这样一个规划,虽然目前国内没有看到非常具体的数字。

  对于弃光的问题,今年所有的研讨会都在说弃光怎么办,有让依赖大电网的建设,很快就有高压电网。实际上西部整个弃光甘肃是30%,依赖于我们目前的建设速度肯定是跟不上的,包括宁夏也出现了一些限电的情况,所以从整体长远的角度来说,我们认为增加一些储能对弃光也是很好的抑制作用,整个光伏一天最大的发电量就是五六个小时,这个电网的利用率是非常低的,而且按照的装机容量的发展很难跟上这个速度,我们认为通过储能的方式可以进行效能填充。第二个好处以实现一些调峰风和价格套里,储能的调峰好处一个是响应非常快,适合我们光伏剧烈波动的特点,传统的调峰机组是几分钟,像储能这种通过电力电子设备的一般是几个毫秒就下来。第二就是成本相对低一些,我们通过这种储能比一般的燃气机组相比价格更低一些。第三就是实施分时电价进行峰值填充的共,对调峰机组建设的成本,尤其是新能源的渗透成本提高以后,渗透率达到20%以后,我们传统调峰机组运行的启动频率率大概提高了百分之三十几,对我们调峰机能的要求也提高了。

  这是传统的发电机脱网的时候,一次、二次、三次调频动作的响应的时间,以及曲线。当新能源的渗透率提高以后,出现频率波动的时候,对我们调频要求也更高了,尤其是出现频率波动的时候,这个新能源又出生了突发的功率波动的情况下,会导致灾难性的脱网事故,储能还可以增加系统的调频能力,出现偏差的时候,不仅提供一次调频,同时也可以进行二次调频,这个主要是德国有案例,他们主要做一次调频,在北美做二次调频,包括这种虚拟同步发电机技术,我们通过储能变流器的控制,可以在正常的情况下稳定频率和电压,在离网的模式可以进行一些频率和电压的控制,这是具体的内部的控制图,这边不仅可以进行一次调频,根据下垂曲线进行控制,同时还可以进行二次调频,这是具体的实验的波形,包括负载图片的实验。

  关于微电网的话题,讲能源互联的时候,从安全的角度,微电网供电更安全,把光伏增加一些出来,我们既可以和大电网联网运行,也可以离网运行。偏远地区的供电问题,这几年在西部,包括玉树的几个县做了大量的分布式的项目,给整个县城供电的系统。对于供电的稳定性,提高收益,这个数据也是国外的研究数据,通过增加了储能以后,可以整个提高供电的可靠性的指标,如果每一家安装了5千瓦时的储能电池,他的经验就是我们所有稳定性的指标都可以降低。

  最后一个简单的总结就是光伏系统的特点,一方面给电网的安全稳定运行带来了一定的挑战,随着渗透率的不断加大,一方面是对于并网,第二是对于电网规划提出了要求,目前电网的规划没有考虑太多光伏和风电新能源并网,都是按照传统的模式设计的;第二是逆变器作为光伏系统连接电网的接口,其并网性能对系统安全运行十分重要,需要不断地通过技术创新,确保光伏系统更加友好的接入电网。第三是储能技术不断发展进步,可有效的解决限电、平滑输出,并能配合电网进行调峰、调频,改善电网性能,对新能源并网将起到有意的促进作用。我的报告就到这里,谢谢大家! 

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