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【技術(shù)】光伏并網(wǎng)的技術(shù)挑戰及解決方案

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今天我給大家匯報的題目主要是關(guān)于并網(wǎng)的一些具體的技術(shù)問(wèn)題,剛才聽(tīng)了各位專(zhuān)家關(guān)于行業(yè)發(fā)展的情況,整體的數據,包括一些標準方面的問(wèn)題,具體的光伏系統的實(shí)施并網(wǎng)方面有很多細節性的問(wèn)題。前面這一部分的發(fā)展前景大家很清楚,目前我們國家的規劃是到2020年150GW,如果按照這個(gè)速度可能會(huì )超過(guò)這個(gè)數字,每年有20GW的裝機容量,今年可能就達到這個(gè)數字了。這里面還有一個(gè)數字是40%是分布式,60%是地面今天我給大家匯報的題目主要是關(guān)于并網(wǎng)的一些具體的技術(shù)問(wèn)題,剛才聽(tīng)了各位專(zhuān)家關(guān)于行業(yè)發(fā)展的情況,整體的數據,包括一些標準方面的問(wèn)題,具體的光伏系統的實(shí)施并網(wǎng)方面有很多細節性的問(wèn)題。的大型電站為主。

  這個(gè)特點(diǎn)剛才幾位專(zhuān)家也提到了,就是間歇性、隨機性、周期性,對我們系統影響最大的就是間歇性的波動(dòng),有些數據統計,比如說(shuō)對于100兆瓦的電站,可能只要只分鐘時(shí)間,功率就可以從滿(mǎn)載下降到60%以下,這個(gè)水平的波動(dòng)對我們整個(gè)系統安全性的影響是非常大的,你怎么快速的補上調峰能力,迅速的響應是非常大的挑戰。

  第二就是通過(guò)點(diǎn)設備并網(wǎng),沒(méi)有旋轉部件,沒(méi)有慣性,在動(dòng)態(tài)的過(guò)程,慣性是非常小的。所以從整個(gè)系統來(lái)說(shuō),從光伏系統的角度,包括穿越能力、調度的響應、以及功率控制,比如說(shuō)國家大力推廣的戶(hù)用扶貧項目,大量的農網(wǎng)電網(wǎng)的質(zhì)量是非常差的,當我們電網(wǎng)并網(wǎng)以后會(huì )出現一些電量質(zhì)量變差,電壓的劇烈波動(dòng),不僅是在農村遇到這樣的現象,即使是城市的周邊農村的并網(wǎng)也遇到這樣的問(wèn)題,從電網(wǎng)的角度,首先關(guān)注的就是電能質(zhì)量,繼電保護,頻率調節、電壓調節和調解能力,更關(guān)心的是電網(wǎng)運行的安全問(wèn)題。其實(shí)更大的挑戰對于我們國內來(lái)說(shuō),除了技術(shù)層面的標準和整體的規劃,包括電網(wǎng)規劃方面的挑戰,我們知道其實(shí)現在國內并網(wǎng)的標準,包括仿真平臺的建設等等怎么去規劃未來(lái)的電網(wǎng),這個(gè)挑戰更大一些。

  能源互聯(lián)網(wǎng)也是今年講的比較多的,也是比較熱的話(huà)題,對于光伏系統怎么融入這個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)系統里面,實(shí)現這么多功能,包括功率預測、調度響應等等這些也是很大的挑戰。大家都知道我們今年有一個(gè)新的電改,這個(gè)文件的下發(fā)還沒(méi)有正式的實(shí)施,電改就引入了一個(gè)新的機制,因為競爭越厲害的話(huà),對于整個(gè)光伏的性能、價(jià)值要求就越高。

  第二部分講一下逆變器在作為光伏系統的橋梁,作用重大。逆變器在整個(gè)光伏系統的里面成本占比已經(jīng)非常小了,但是整個(gè)光伏系統的核心逆變器起了非常重要的作用,左邊光伏側追求更高的系統效率,更低的度電成本,最終的目的是實(shí)現平架上網(wǎng),目前國內的光伏的PR,我們領(lǐng)跑者的計劃要求是81%,很多專(zhuān)家現場(chǎng)調研以后發(fā)現,目前國內的電站的PR是75%左右,國外的歐洲和歐美國家的PR水平是85%,差了一個(gè)5%、10%的差異,從電網(wǎng)來(lái)講是接觸電網(wǎng)的友好型,包括故障穿越以及靈活的調度響應能力,正光伏系統最核心的問(wèn)題就包括兩大塊。

  良好的并網(wǎng)性能主要包括低電壓穿越、零電壓穿越以及有功和無(wú)功率的調節,前幾年大家都關(guān)注故障穿越,我們在現場(chǎng)測很多電站,實(shí)際現場(chǎng)運行下來(lái)并不是很滿(mǎn)意,在整個(gè)的電站級的測試中會(huì )出現一些拖網(wǎng)的現象,所以不斷加大未來(lái)對整個(gè)系統的挑戰也是非常大的問(wèn)題。

  逆變器的并聯(lián)和數量越來(lái)越多,尤其是西部的電站,并聯(lián)出現問(wèn)題就會(huì )出現諧振質(zhì)量問(wèn)題,更為嚴重的就會(huì )導致拖網(wǎng)事故的發(fā)生,尤其是在西北弱網(wǎng)的地區,這個(gè)風(fēng)險是非常大,而且這個(gè)東西還有一定的隨機性,這個(gè)風(fēng)險也是波動(dòng)的狀態(tài)。調度這一塊就是響應AGC和AVC的要求,在西部青海、甘肅這些地區,光伏裝機非常大的明確要求要具備調度的時(shí)間要求和具體功能的要求。

  對于大型電站,利用逆變器的SVG功能替代或者是補充原油的無(wú)功調度也是非常明顯的用趨勢,這個(gè)話(huà)題行業(yè)內也討論了很多,除了響應調度以外,我們最新的技術(shù),比如說(shuō)我們大型的逆變器,可以做到自動(dòng)的根據端口的電壓來(lái)調整我們的無(wú)功,這個(gè)動(dòng)態(tài)響應的速度非???。

  對于分布式的無(wú)功和功率運速的問(wèn)題非常明顯,我們遇到了很多電量,分布式的并網(wǎng)以后,導致并網(wǎng)點(diǎn)功率勻速急速下降,去年研討會(huì )上也有客戶(hù)提出來(lái)這樣的問(wèn)題,幾乎每個(gè)廠(chǎng)區都會(huì )出現這種問(wèn)題,我們這邊有一個(gè)實(shí)際的電站,5兆瓦容量,并網(wǎng)以后功率運速降到了0.5的水平,這樣一個(gè)5兆瓦電站一個(gè)月因為功率運速下降,罰款罰了十幾萬(wàn),超過(guò)了賣(mài)電的錢(qián)。為什么呢?因為我們國家的考核點(diǎn)是在這里,政策是鼓勵自發(fā)自用余量上網(wǎng)的,你的并網(wǎng)點(diǎn)必然是在下面,我們一般廠(chǎng)區里面的無(wú)功是在這個(gè)位置,就是用戶(hù)的負載進(jìn)行無(wú)功補償,你并在這個(gè)點(diǎn)以后,立即會(huì )導致功率運速下降,這是一個(gè)非常突出的問(wèn)題。所以我們針對這種情況,一方面利用我們逆變器的功能,同時(shí)我們做了一個(gè)控制器,可以實(shí)施的采取我們的因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)的調解,保證我們的供應數在0.95以上。

  這是一些在實(shí)際的項目中,一些分布式農村扶貧的電網(wǎng)環(huán)節非常少,這都是在實(shí)際的項目中具體的案例,現在的農網(wǎng)規劃包括接入的標準要求還有很多細節的問(wèn)題沒(méi)有做到,比如說(shuō)三向不平衡的問(wèn)題,農村的電網(wǎng)大部分都是單向的,每個(gè)村莊的每項分配以后,你并的數量不同,很快就導致出現不平衡,而且現在農村的生活條件好以后,出現大量非線(xiàn)性的負擔,對我們整個(gè)光伏系統并網(wǎng)以后的質(zhì)量提出非常大的挑戰,嚴重的話(huà)會(huì )導致我們家用電器的損壞。如果我們自便其可以做自動(dòng)有功、無(wú)功控制,我們可以自動(dòng)的根據頻率和電壓進(jìn)行有功無(wú)功的調節。目前國內這一塊也沒(méi)有明確的要求,是不是今后在我們標準里面做一些這樣的探討。

  還有一個(gè)就是剛才提到的繼電保護,我們很多分布式的用戶(hù)不知道繼電保護怎么配,因為給的典型介入標準里面不是特別具體的,很多用戶(hù)拿到這個(gè)規范以后,不知道這個(gè)電站和原有的繼電保護怎么配,這個(gè)最終會(huì )影響到用戶(hù),在繼電保護的差異大概是幾百萬(wàn),這個(gè)對用戶(hù)的經(jīng)濟型指標非常高的,怎么在分布式電站里面去平衡原有的繼電保護,以及我們接入系統,既要保證安全,也要保證我們的經(jīng)濟性。

其他的包括電能質(zhì)量、孤島保護、多種調度方式等等問(wèn)題,針對這種情況,我們也做了大量的研究,包括系列化的產(chǎn)品,包括分布式的接入系統,我們可以在標準的集裝箱的集中進(jìn)去,這是在光伏逆變器的角度談了具體的問(wèn)題。

  第三談一下關(guān)于儲能對光伏支撐作用。剛才提高滲透率的定義,定義光伏系統的交流容量與峰值負荷的比值,經(jīng)驗值是25%-50%,如果朝出這個(gè)滲透率的比例就會(huì )出現電壓升高,由云層變化引起的電壓調節問(wèn)題,包括引起一些大的脫網(wǎng)的問(wèn)題,我們國家在分布式電源配電網(wǎng)并網(wǎng)標準里面也有一個(gè)規定,不允許超過(guò)25%,實(shí)際上我們現在遇到比較大的問(wèn)題,一個(gè)是西部的大型的電站,比如說(shuō)內蒙、甘肅,實(shí)際上光伏加風(fēng)電占了2014年30%,這是對于區域性電網(wǎng)的影響非常明顯。在分布式的項目,很多用戶(hù)在配置光伏系統容量的時(shí)候,甚至超過(guò)了我們負荷60%以上,負荷是1.6兆,這個(gè)比例是非常大的,會(huì )不會(huì )對整個(gè)安全性影響非常大。國外對滲透率的嚴重也做了非常多的工作,2010年研究出了20%的配置。他們的計劃是到2020年研究出可再生能源占比33%的電力系統這樣一個(gè)規劃,雖然目前國內沒(méi)有看到非常具體的數字。

  對于棄光的問(wèn)題,今年所有的研討會(huì )都在說(shuō)棄光怎么辦,有讓依賴(lài)大電網(wǎng)的建設,很快就有高壓電網(wǎng)。實(shí)際上西部整個(gè)棄光甘肅是30%,依賴(lài)于我們目前的建設速度肯定是跟不上的,包括寧夏也出現了一些限電的情況,所以從整體長(cháng)遠的角度來(lái)說(shuō),我們認為增加一些儲能對棄光也是很好的抑制作用,整個(gè)光伏一天最大的發(fā)電量就是五六個(gè)小時(shí),這個(gè)電網(wǎng)的利用率是非常低的,而且按照的裝機容量的發(fā)展很難跟上這個(gè)速度,我們認為通過(guò)儲能的方式可以進(jìn)行效能填充。第二個(gè)好處以實(shí)現一些調峰風(fēng)和價(jià)格套里,儲能的調峰好處一個(gè)是響應非???,適合我們光伏劇烈波動(dòng)的特點(diǎn),傳統的調峰機組是幾分鐘,像儲能這種通過(guò)電力電子設備的一般是幾個(gè)毫秒就下來(lái)。第二就是成本相對低一些,我們通過(guò)這種儲能比一般的燃氣機組相比價(jià)格更低一些。第三就是實(shí)施分時(shí)電價(jià)進(jìn)行峰值填充的共,對調峰機組建設的成本,尤其是新能源的滲透成本提高以后,滲透率達到20%以后,我們傳統調峰機組運行的啟動(dòng)頻率率大概提高了百分之三十幾,對我們調峰機能的要求也提高了。

  這是傳統的發(fā)電機脫網(wǎng)的時(shí)候,一次、二次、三次調頻動(dòng)作的響應的時(shí)間,以及曲線(xiàn)。當新能源的滲透率提高以后,出現頻率波動(dòng)的時(shí)候,對我們調頻要求也更高了,尤其是出現頻率波動(dòng)的時(shí)候,這個(gè)新能源又出生了突發(fā)的功率波動(dòng)的情況下,會(huì )導致災難性的脫網(wǎng)事故,儲能還可以增加系統的調頻能力,出現偏差的時(shí)候,不僅提供一次調頻,同時(shí)也可以進(jìn)行二次調頻,這個(gè)主要是德國有案例,他們主要做一次調頻,在北美做二次調頻,包括這種虛擬同步發(fā)電機技術(shù),我們通過(guò)儲能變流器的控制,可以在正常的情況下穩定頻率和電壓,在離網(wǎng)的模式可以進(jìn)行一些頻率和電壓的控制,這是具體的內部的控制圖,這邊不僅可以進(jìn)行一次調頻,根據下垂曲線(xiàn)進(jìn)行控制,同時(shí)還可以進(jìn)行二次調頻,這是具體的實(shí)驗的波形,包括負載圖片的實(shí)驗。

  關(guān)于微電網(wǎng)的話(huà)題,講能源互聯(lián)的時(shí)候,從安全的角度,微電網(wǎng)供電更安全,把光伏增加一些出來(lái),我們既可以和大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行,也可以離網(wǎng)運行。偏遠地區的供電問(wèn)題,這幾年在西部,包括玉樹(shù)的幾個(gè)縣做了大量的分布式的項目,給整個(gè)縣城供電的系統。對于供電的穩定性,提高收益,這個(gè)數據也是國外的研究數據,通過(guò)增加了儲能以后,可以整個(gè)提高供電的可靠性的指標,如果每一家安裝了5千瓦時(shí)的儲能電池,他的經(jīng)驗就是我們所有穩定性的指標都可以降低。

  最后一個(gè)簡(jiǎn)單的總結就是光伏系統的特點(diǎn),一方面給電網(wǎng)的安全穩定運行帶來(lái)了一定的挑戰,隨著(zhù)滲透率的不斷加大,一方面是對于并網(wǎng),第二是對于電網(wǎng)規劃提出了要求,目前電網(wǎng)的規劃沒(méi)有考慮太多光伏和風(fēng)電新能源并網(wǎng),都是按照傳統的模式設計的;第二是逆變器作為光伏系統連接電網(wǎng)的接口,其并網(wǎng)性能對系統安全運行十分重要,需要不斷地通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新,確保光伏系統更加友好的接入電網(wǎng)。第三是儲能技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步,可有效的解決限電、平滑輸出,并能配合電網(wǎng)進(jìn)行調峰、調頻,改善電網(wǎng)性能,對新能源并網(wǎng)將起到有意的促進(jìn)作用。我的報告就到這里,謝謝大家! 

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