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大规模光伏电站并网下,电网对并网光伏系统的质量要求
2017-11-10 10:50:54   来源:北极星太阳能光伏网   作者:张军军  点击:

  随着国内光伏电站装机规模的不断增长,国内电网承受的考验也越来越重。由于光伏发电具有间歇性、随机性与周期性的特点,除却宏观层面的质量建设问题外,我们改如何从光伏电站的并网性能指标、并网质量的管控方面加强呢?


  在北极星太阳能光伏网主办的“第三届光伏电站质量高峰论坛”上,来自中国电力科学研究新能源部门主任张军军就“大规模光伏电站并网下,电网对并网光伏系统的质量要求”这一主题与大家作了分享。


  光伏并网存在的问题


  因为这些问题也是老生常谈了,我们光伏发电发展到今天,不论是现在的总装机量,还是未来到2020年或者是更远的一个长期发展目标,我们光伏是被当作一个助力电源来发展的,按这种理念去发展其实是有很大问题的。因为我们光伏发电规模还比较小的时候,它的一些并网性能的指标,对电网到底有什么样的影响,我们并没有深入的去研究。但是当我们光伏发电发展成为一种主力电源的时候,我们会发现光伏自身一些并网技术的问题,包括了它的资源波动性,发电的随机性,以及在发电电量预测准确性等方面各种各样的问题。特别是电压的问题上,我们针对青藏直流联网,包括西北二通道投运的时候做了大量的人工短路实验,发现了光伏电站里面大量的光伏逆变器出现了脱网的事故。例如:2011年10月,青藏直流人工短路试验,出现逆变器脱网问题;2013年11月,在青海开展750kV线路人工短路试验,光伏逆变器脱网严重;2015年7月,220kV夺乃Ⅰ线故障,光伏电站大面积脱网,导致电网周波跌至49.2赫兹,损失负荷29.8兆瓦。


  通过这些现象,通过技术进行宏观的技术总结,主要归纳四个方面:


  第一个方面,接入安全方面。刚才也说了,光伏发电在电力系统中的角色已经从无足轻重变为举足轻重,为了降低光伏对电网运行的影响,需要其在电压的故障穿越能力、运行适应性、功率控制能力等方面对电网运行起到支撑作用,而这也是对我们大电源提出的要求。这个要求不只是针对于光伏发电来提的,在常规电源发展上,包括对于火电、水电也都有同样的要求,这也是一视同仁,因为光伏发电规模变大了,就要有大的担当。


  第二个方面,在运行控制方面。精确的电网运行方式计算是电网运行方式决策的基础。由于无光伏电站的精确模型,在进行电网运行方式计算时,通常采用等值的替代模型来进行计算,而等值的替代模型不能客观准确反应光伏电站的运行状况,随着装机容量的增加,计算误差越来越来,将直接影响电网运行方式决策,给电网运行安全性和经济性带来重大影响。


  第三个方面,有效消纳方面。对于光伏发电的有效消纳目前采用“一刀切”的调控方式来开展,对电站缺乏有效的发电能力等级评价体系,对待发电性能优异的“优质电源”和发电性能较差的“劣质电源”没有区别对待,给发电企业积极提升发电质量带来消极影响。


  第四个方面,入网管理方面。(1)入网审核方面要求不统一;(2)检测资质方面缺失或不规范;(3)技术水平方面参差不齐;(4)管理模式方面低效松散。


  光伏并网认证模式


  从国外的层面来看,在国外装机总量很大的国家,像德国,也都是通过并网认证的模式来进行管理的,主要的发展原因还是由于新能源所涉及到的技术问题。由于这些技术问题,国外的一些国家如德国,通过采用这样一种并网认证的模式,来加强对新能源电网并网运行的管理。总体上来说,主要还是通过对并网核心关键部件的并网性能的认证,如光伏逆变器、SVG等等这些并网关键部件并网性能的建模仿真,使整个光伏电站的建模仿真能有一个良好的基础技术。


  光伏发电并网逆变器的认证包含认证申请阶段、认证实施阶段、认证评价与决定以及获证后监督等。我主要说一下我们的认证实施阶段。这块主要包括逆变器和SVG的现场,通过实验室的型式实验,初始工厂检查光伏逆变器的并网性能指标开展这样一个检测工作。


  通过实验室的型式实验和模型参数的辨识提取,结合工厂检查一系列的结论,最后对光伏逆变器的并网性能指标给出科学性的评判。


  这里面针对于满足我们并网性能的标准,就是GB/T19964的标准,根据满足不同的并网性能指标,我们给出了相应的分级要求,同时也结合着电网的特殊要求。这些特殊要求来源于一些电网比较薄弱的地区,像我们在西藏,西藏电网就针对于光伏电站频率的适应范围,提出了高于国标要求的指标。对于这种特殊的指标我们还有一些特殊的测试和认证要求,最终根据光伏逆变器所满足不同技术指标的一个程度来给出光伏逆变器并网性能质量的评级。


  对于光伏电站,依据光伏逆变器并网性能的技术指标,结合光伏电站在现场的测试,以及对于我们整个电站的建模仿真,通过对整个光伏电站建模仿真的分析,可以给调度提供一种可用的光伏电站并网接入模型。刚才说了,逆变器实际上是基于MATLAB这样一个仿真平台做的,在整站仿真的时候会把这个模型转化成目前我们国家各个省级调度系统可用的BTA或者是综合程序的模型。


  当然这里面也是采用了认证的模式,现场的工作是结合着现场检查和现场测试来开展的。现场检查主要是看并网核心装备产品的一致性。我们前两年在进行现场检测时,通过人工短路方式进行验证,发现场站的逆变器虽然通过现场检测抽检的模式,但通过之后在电压的展台发生故障时会出现逆变器的脱网现象。通过我们事后的调查研究,得出来这种结论是:我们许多逆变器版本的一致性没有办法保障。这次通过并网认证的模式加强了我们对现场的逆变器和SVG软件版本一致性的核查,包括对于站内的二次设备、继保、综合保护、通信等等现场检测的工作。


  一致性核查主要是通过我们的仿真平台,现场随机抽取我们光伏逆变器SVG的控制板件与在实验室通过了型式实验产品的板件做对比,通过在实验室开展这样一致性的比对性工作,来判定我们光伏逆变器在场站内使用的是不是就是通过了我们型式实验的产品。并网前,还会针对我们整个场站进行相应的暂态分析。这里面包括了有功、无功、故障等等。


  仿真的内容包括了电网在大、小方式下所有工况的暂态仿真工作,包括了有功功率的变化、无功的装置,就是刚刚说的SVG的工作,包括了电压和电能质量的仿真。通过仿真之后,判定光伏电站能够满足我们电网的相关接入标准的要求之后,我们给予整个电站授予一个并网认证的证书。


  光伏并网认证案例


  下面说一下案例,截取的是比较典型的在大同领跑者基地里面在用的产品,因为整个大同领跑者基地1个GW都是用这种模式来授予并网能力的。首先我们针对华为的一款50KW的组串式逆变器的产品,在2016年开展了刚才所说的并网认证的工作,针对产品的型式实验、工厂检查、证书的颁发。我们在大同13家业主单位当中选取了一家比较有典型性的中广核100MW的电站,我们针对这个电站开展了检查工作,核心并网现场的一致性核查。我们在现场通过随机抽取的模式带回到实验室一部分主控板件,跟我们通过实验室的产品比对进行一致性核查,然后针对整站,结合我们并网逆变器的模型参数辨识的结果,来开展整站并网性能的仿真评价工作。针对于现场的有功、无功控制能力、电能质量等等开展现场检测工作。


  结合着我们前面四步所输出的结果,我们最终对整个电站的并网性能给出了一个综合性的评价。


  光伏并网认证展望


  并网认证这种模式,作为新的并网管控质量模式的提出,后面还有很多的路要走,我们在山西大同开展了并网认证的工作,从今年第二批的领跑者基地里面,像芮城和阳泉也会继续采用这种模式,同时在其他的省份也陆续开展试点性的工作。像从今年开始,我们浙江全省的大型地面光伏电站也全部采取了并网认证的模式,西藏也逐步在做试点,目前西藏已经有三个站开展了这样一个并网认证的试点,从明年开始西藏也将全面开展光伏电站的并网认证的模式。在三个省份我们试点完成之后,可能会在2018年或者2019年在全国或者国网公司的辖区内全面推广并网认证的模式。我们认为并网认证的模式第一是和国际接轨的,第二也是适用于中国国情的。对于我们在光伏电站并网性能质量的管控上面,以及对并网性能质量的评级上,希望根据评级的结果来使大家有一个明确的认知。因为我们知道现在在短时间内,特别是在西北地区,限电应该是一个长时间内面临的一种状况,根据并网质量的评级结果可能会给大家做一个分级限电的工作,这也就是目前我们开展并网认证的这种质量管控的现实的意义所在吧。

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