微信客服
微信公眾號
對于電能質量治理領域而言，一個新市場正在興起，那就是光伏發電市場。它已經替代風電成為迅速成長的新興市場。
毫無疑問，我國光伏行業正在經歷一場艱難的調整。經濟低迷以及多國發起的“雙反”調查，讓其一直以來賴以生存的原有國際市場岌岌可危;過度擴張、市場萎縮雙重作用下爆發的產能過剩也讓其產品價格直線下降，經營舉步維艱。但也正是如此，才激發了國內光伏市場的快速啟動。國家出臺了一系列從規范光伏行業發展到鼓勵光伏電站建設、并網的的扶持政策，我國國內光伏電站建設市場大幕開啟。
而一旦并網就意味著電站所發電量需要滿足電力系統的質量要求，作為一種不穩定的可再生能源，光伏發電為電能質量治理開設了新課題。
新能源新課題
光伏發電系統通常分兩大類：一是獨立光伏發電系統，二是并網光伏發電系統。前者主要用于偏遠地區，解決缺電困境;后者可以直接并網，也可以自發自用、余電上網，并且電網為用戶提供備用。據悉，全世界的并網光伏發電系統比例已達80%以上，光伏并網無疑是一種未來發展趨勢，由此也帶來一系列的電能質量問題。
“光伏發電系統并網所產生的電能質量問題主要包括諧波、電壓波動、閃變等，影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。”西安交通大學教授卓放告訴記者。
據介紹，由于受天氣、環境溫度、光伏板安裝位置等因素影響，光伏電站的輸出功率會有所變化，最大變化率甚至超過額定量的10%，因此產生了發電量的不穩定問題，會對饋入電網的諧波產生影響。
光伏電站的并網需要應用到逆變器，這一產品的控制技術與光伏發電饋入電網的品質也密切相關。目前，為最大利用逆變器容量和最大發電量，廠家會將并網逆變器的功率因數設定在0.99。但隨著光伏電站裝機容量的增加，由于光伏發電的功率波動性，逆變器的高功率因數運行對電網的穩定性造成威脅，有功不變時，無功幾乎不能調節，需要額外的無功來維持電壓。另外，逆變器輸出輕載時，諧波會明顯變大，在10%額定出力以下時，電流的總諧波畸變率甚至會達到20%以上。
在有些光伏電站可能會采用多個逆變器控制運行，也可能會遇到多臺逆變器之間的孤島保護問題。當光伏電站容量相對于負載比例小時，電網消失后，電壓、頻率會快速衰減，孤島可以被準確檢測。但當光伏電站容量加大后，特別是電站所采用并網逆變器由不同廠商生產、屬于不同類型時，可能會互相干擾，在出現發電功率與負載基本平衡時，孤島檢測的時間會明顯增加，甚至可能出現檢測失敗。
大規模光伏電站并網還會對配電網的運行產生影響，如果處理不當會影響到系統的電壓形態、網損、短路電流、頻率控制等。
光伏發電功率隨日照強度變化對電網負荷特性產生影響，它的接入改變了電網潮流方向，將對現有電網的規劃、調度運行方式產生影響。而且光伏發電單位不具有調度自動化功能，加大了電網控制與調度運行的難度。若大量光伏發電系統接入電網終端，將加劇電壓波動，可能引起電壓/無功調節裝置的頻繁動作;而若高比例光伏發電系統引入，將使得配電網從傳統的單電源輻射狀網絡變成雙端甚至多端網絡，從而改變故障電流的大小、持續時間等，影響到系統的保護。
眾所周知，并網光伏系統按照接入的方式和規模又可以分為集中式光伏電站和分布式光伏電站。目前由于各國政策的鼓勵，分布式光伏市場份額要遠大于集中式，有著廣闊的發展前景，我國也不例外，已經出臺了相關的并網支持政策。
與集中式光伏電站并網一樣，分布式光伏電站并網同樣面臨電能質量方面的問題，國內外研究機構為此也都開展了大量研究(見表1)。如河北省電力研究院就開展了分布式光伏電源并網運行對配電網的影響、典型配電網接納分布式光伏電源能力等研究。
解決之道
針對上述問題，卓放也向記者講述了解決之道。“為適應大規模、高容量光伏發電系統接入電網運行，同時保證電網的安全穩定，有必要研究光伏并網發電的新技術，包括儲能技術、諧波抑制、新型并網逆變器等。”他說。
卓放表示，蓄電池、超級電容器、超導儲能裝置、壓縮空氣儲能等都適用于光伏發電并網，這種方式在含有高比例光伏發電的電力系統中更有應用前景，目前出口歐洲的光伏裝置都規定必須配備儲能裝置。光伏發電系統通過并網逆變器與儲能裝置配合，進行能量的釋放與儲存，可以實現頻率/有功的調節，也可以平抑電網功率的波動，限制系統故障電流和平衡負荷的擾動，提高系統的靜態和暫態穩定性。
另外，通過對逆變器的調整能達到諧波抑制的目的，主要方案包括將多臺逆變器并聯運行的“群控技術”和在逆變器中使用交流濾波器的“綜合補償控制”。
“由于群控時對各逆變器的直流側進行并聯，提高了直流側的容量，通過協調控制可以使只有有限臺逆變器工作，可使最小數量逆變器工作在較高效率區，從而提高逆變器發電功率、降低諧波含量。”卓放解釋說，“而綜合補償控制是在實現有功/無功功率控制的同時，抵消產生的諧波分量。”
實現光伏并網電能質量治理的另一條路徑是直接改變逆變器本身，推出高性能并網逆變器，其可以實現完美無諧波輸出效果，具有有功/頻率控制、無功/電壓控制功能與調度自動化通信能力等。
實際上，通過不斷實踐，現在大多數逆變器廠商已經注意到了產品功率因數過高對無功的影響問題，無論是其新推出的產品還是行業新定的標準都希望并網逆變器的功率因數可調，大致在-0.8~0.8，以便在發電量不是很滿的情況下，逆變器可以為無功產生做些貢獻，維持系統電壓穩定。可以說，他們已經向高性能并網逆變器的研制邁近了一步。
而對于此前提到的孤島問題，卓放也提出了自己的建議，即同一電站盡量選擇同一廠家的逆變器產品，即使不能選擇同一家，也要保證不同廠家產品間使用同樣的保護規約。
毫無疑問，我國光伏行業正在經歷一場艱難的調整。經濟低迷以及多國發起的“雙反”調查，讓其一直以來賴以生存的原有國際市場岌岌可危;過度擴張、市場萎縮雙重作用下爆發的產能過剩也讓其產品價格直線下降，經營舉步維艱。但也正是如此，才激發了國內光伏市場的快速啟動。國家出臺了一系列從規范光伏行業發展到鼓勵光伏電站建設、并網的的扶持政策，我國國內光伏電站建設市場大幕開啟。
而一旦并網就意味著電站所發電量需要滿足電力系統的質量要求，作為一種不穩定的可再生能源，光伏發電為電能質量治理開設了新課題。
新能源新課題
光伏發電系統通常分兩大類：一是獨立光伏發電系統，二是并網光伏發電系統。前者主要用于偏遠地區，解決缺電困境;后者可以直接并網，也可以自發自用、余電上網，并且電網為用戶提供備用。據悉，全世界的并網光伏發電系統比例已達80%以上，光伏并網無疑是一種未來發展趨勢，由此也帶來一系列的電能質量問題。
“光伏發電系統并網所產生的電能質量問題主要包括諧波、電壓波動、閃變等，影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。”西安交通大學教授卓放告訴記者。
據介紹，由于受天氣、環境溫度、光伏板安裝位置等因素影響，光伏電站的輸出功率會有所變化，最大變化率甚至超過額定量的10%，因此產生了發電量的不穩定問題，會對饋入電網的諧波產生影響。
光伏電站的并網需要應用到逆變器，這一產品的控制技術與光伏發電饋入電網的品質也密切相關。目前，為最大利用逆變器容量和最大發電量，廠家會將并網逆變器的功率因數設定在0.99。但隨著光伏電站裝機容量的增加，由于光伏發電的功率波動性，逆變器的高功率因數運行對電網的穩定性造成威脅，有功不變時，無功幾乎不能調節，需要額外的無功來維持電壓。另外，逆變器輸出輕載時，諧波會明顯變大，在10%額定出力以下時，電流的總諧波畸變率甚至會達到20%以上。
在有些光伏電站可能會采用多個逆變器控制運行，也可能會遇到多臺逆變器之間的孤島保護問題。當光伏電站容量相對于負載比例小時，電網消失后，電壓、頻率會快速衰減，孤島可以被準確檢測。但當光伏電站容量加大后，特別是電站所采用并網逆變器由不同廠商生產、屬于不同類型時，可能會互相干擾，在出現發電功率與負載基本平衡時，孤島檢測的時間會明顯增加，甚至可能出現檢測失敗。
大規模光伏電站并網還會對配電網的運行產生影響，如果處理不當會影響到系統的電壓形態、網損、短路電流、頻率控制等。
光伏發電功率隨日照強度變化對電網負荷特性產生影響，它的接入改變了電網潮流方向，將對現有電網的規劃、調度運行方式產生影響。而且光伏發電單位不具有調度自動化功能，加大了電網控制與調度運行的難度。若大量光伏發電系統接入電網終端，將加劇電壓波動，可能引起電壓/無功調節裝置的頻繁動作;而若高比例光伏發電系統引入，將使得配電網從傳統的單電源輻射狀網絡變成雙端甚至多端網絡，從而改變故障電流的大小、持續時間等，影響到系統的保護。
眾所周知，并網光伏系統按照接入的方式和規模又可以分為集中式光伏電站和分布式光伏電站。目前由于各國政策的鼓勵，分布式光伏市場份額要遠大于集中式，有著廣闊的發展前景，我國也不例外，已經出臺了相關的并網支持政策。
與集中式光伏電站并網一樣，分布式光伏電站并網同樣面臨電能質量方面的問題，國內外研究機構為此也都開展了大量研究(見表1)。如河北省電力研究院就開展了分布式光伏電源并網運行對配電網的影響、典型配電網接納分布式光伏電源能力等研究。
解決之道
針對上述問題，卓放也向記者講述了解決之道。“為適應大規模、高容量光伏發電系統接入電網運行，同時保證電網的安全穩定，有必要研究光伏并網發電的新技術，包括儲能技術、諧波抑制、新型并網逆變器等。”他說。
卓放表示，蓄電池、超級電容器、超導儲能裝置、壓縮空氣儲能等都適用于光伏發電并網，這種方式在含有高比例光伏發電的電力系統中更有應用前景，目前出口歐洲的光伏裝置都規定必須配備儲能裝置。光伏發電系統通過并網逆變器與儲能裝置配合，進行能量的釋放與儲存，可以實現頻率/有功的調節，也可以平抑電網功率的波動，限制系統故障電流和平衡負荷的擾動，提高系統的靜態和暫態穩定性。
另外，通過對逆變器的調整能達到諧波抑制的目的，主要方案包括將多臺逆變器并聯運行的“群控技術”和在逆變器中使用交流濾波器的“綜合補償控制”。
“由于群控時對各逆變器的直流側進行并聯，提高了直流側的容量，通過協調控制可以使只有有限臺逆變器工作，可使最小數量逆變器工作在較高效率區，從而提高逆變器發電功率、降低諧波含量。”卓放解釋說，“而綜合補償控制是在實現有功/無功功率控制的同時，抵消產生的諧波分量。”
實現光伏并網電能質量治理的另一條路徑是直接改變逆變器本身，推出高性能并網逆變器，其可以實現完美無諧波輸出效果，具有有功/頻率控制、無功/電壓控制功能與調度自動化通信能力等。
實際上，通過不斷實踐，現在大多數逆變器廠商已經注意到了產品功率因數過高對無功的影響問題，無論是其新推出的產品還是行業新定的標準都希望并網逆變器的功率因數可調，大致在-0.8~0.8，以便在發電量不是很滿的情況下，逆變器可以為無功產生做些貢獻，維持系統電壓穩定。可以說，他們已經向高性能并網逆變器的研制邁近了一步。
而對于此前提到的孤島問題，卓放也提出了自己的建議，即同一電站盡量選擇同一廠家的逆變器產品，即使不能選擇同一家，也要保證不同廠家產品間使用同樣的保護規約。
0 條