光伏电站接入电网技术.ppt

光伏电站光伏电站 接入电网技术探讨接入电网技术探讨 高 松 江苏省电力公司电力科学研究院规划评审中心 2011-11-3 1 目目 录录 主要内容主要内容 1. 1. 概述概述 2. 2. 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 3. 3. 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 4. 4. 江苏光伏接入电压等级的选取江苏光伏接入电压等级的选取 2 1 1 概述概述 国家标准： 光伏系统并网技术要求 gb/t 199392005； 光伏发电站接入电力系统技术规定 gb/t 199642005； 国家电网公司技术标准： 光伏电站接入电网技术规定（国家电网科2011663号） 本文在上述相关规程规定的基础上，进一步从电网企业运行管理、电能 质量控制以及光伏电站经济运行的角度出发，探讨光伏电站接入电网的方 式，以及光伏电站接入系统必须满足的一些约束条件，并从江苏电网实际 出发，以满足这些约束为条件，得出江苏电网各容量光伏电站所建议对应 的接入电压等级。 3 1.1 1.1 光伏电站组成光伏电站组成 光伏电站主要 由太阳能电池组、并 网逆变器、电网接入 系统等构成。 太阳能电池分 成若干阵列，经光照 后输出直流电力，通 过逆变器逆变为交流 输出，汇集后并入电 网。 1 1 概述概述 4 1 1 概述概述 结构简单、重量轻、造价较低且效率较高（98左右） 太阳电池板与电网没有电气隔离，对人身安全不利。 对于太阳电池组件乃至光伏发电系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现 象。 无变压器隔离的大功率三相并网逆变器（输出电压可以从270v400v） 1.2 1.2 逆变器逆变器（1 1） 结构结构 5 1 1 概述概述 采用工频变压器隔离的大功率三相并网逆变器（输出电压为400v） 安全性好 可以直接隔离直流分量，避免其输入电网。 造价较高，效率相对较低（97左右）。 1.2 1.2 逆变器逆变器（1 1） 结构结构 6 根据从日出到日落的日照条件，尽量发挥太阳能电池方阵输出功率 的潜力，在此范围内实现自动开始和停止。 1 1 概述概述 自动开关 （2 2） 并网运行特性并网运行特性1.2 1.2 逆变器逆变器 7 光伏电池电气特性 （光照、温度均恒定时） 光伏电池mpp 随温度变化曲线 光伏电池mpp 随光辐射变化曲线 最大功率跟踪控制（mppt）对跟随太阳能电池方阵表面温度变化和 太阳光照度变化而产生出的输出电压和电流变化进行跟踪控制，使方阵经 常保持在最大输出的工作状态，以获得最大的功率输出。 最大功率跟踪（mppt）控制 1 1 概述概述 （2 2） 并网运行特性并网运行特性1.2 1.2 逆变器逆变器 8 当接口电压（含单相）不在允许的范围内，光伏系统应在规定的时 限内跳开与电网的连接，停止送电。 电网频率过/欠频率 当检测到电网侧发生短路时，光伏电站向电网输出的短路电流应不 大于额定电流的150。 电网电压过/欠压 5hz范围时，光伏系统应在0.2s以内跳开与电网 当电网频率超过 的连接，停止送电。 交流输出短路保护 （3 3） 具备的保护功能具备的保护功能 1 1 概述概述 1.2 1.2 逆变器逆变器 9 电网失压时，光 伏电站仍保持对失压 电网中的某一部分线 路继续供电的状态称 为孤岛现象。 孤岛现象分为非计划性孤岛现象和计划性孤岛现象。 所有并网逆变器中全部同时具有两种孤岛现象检测技术： 被动检测 主动式检测 孤岛现象保护 （3 3）具备的保护功能）具备的保护功能 1 1 概述概述 1.2 1.2 逆变器逆变器 10 谐波 直流分量 目前，逆变器中，抑制并网电流谐波的方法有： 1. 拓扑结构选择： l-c ，l-c-l 2. 电感和电容参数的设计 3. 控制算法，pwm驱动方式 4. 采样精度 5. 运算精度 逆变过程中： （4 4） 电能质量控制功能电能质量控制功能 1 1 概述概述 1.2 1.2 逆变器逆变器 11 直流隔离功能 目前，美国及德国对没有内部集成隔离变压器的逆变器，强制要 求另行装设隔离变。但欧洲（除德国外）及我国对此均没有强制性要 求。 逆变器主要通过加装隔离变压器来实现隔离直流的功能 。目前，大部分250kw及以下三相逆变器都将隔离变压器集成在柜内 。对于没有集成隔离变压器的逆变器，可以应用户要求再另外装设。 逆变器主要通过加装隔离变压器来实现隔离直流的功能。 （4 4） 电能质量控制功能电能质量控制功能 1 1 概述概述 1.2 1.2 逆变器逆变器 12 2 2 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 （a） 专线接入方式 （b）支接方式 2.1 2.1 光伏电站并网方式光伏电站并网方式 专线：原则上送出线路应进入变电站间隔，且变电站间隔内一、二次设备齐全。 支接：不是从变电站间隔内直接引出，而是从一条线路上或环网柜中引出一个分 支进行供电，分支点没有断路器、ct等电气设备。 13 2 2 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 对运行管理方面的影响 光伏电站采用专线接入系统，运行管理相对简单。而光伏电站支 接入某条馈线，单电源线路变化成为双电源线路，增加了运行检修难 度。并且，由于配网运行方式的变化较大，伴随着被支接线路或其他 相关线路运行方式的变化，可能会导致不同的多条线路由单电源线路 变成双电源线路，这也大大增加了运行管理难度。 2.1 2.1 光伏电站并网方式光伏电站并网方式 14 2 2 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 对配电网保护的影响 光伏电站通过支接方式接入，则可能使配电网原有保护失去作用。 对电流保护的影响：可能会导致本线路保护动作的灵敏性降低，也可能 会导致本线路保护误动作以及相邻线路的瞬时速断保护失去选择性 对熔断器保护的影响 ：单电源变成多电源网络，要求其保护装置应具备 方向性，因为传统熔断器不具备方向性，故需要改造该线路上的传统熔断 器保护装置。 逆功率流对计量装置的影响 ：可能致使原线路潮流反向流动，需要改造 原有计量装置。更严重的情况是，配网运行方式改变后，其它线路的计量 也会涉及到该问题，需要随之更换。 2.1 2.1 光伏电站并网方式光伏电站并网方式 15 2 2 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 由以上分析可见，光伏电站通过专线接入对电网影响较小。但是 ，大量的专线接入对电网资源（间隔资源等）需求过大，在接入设计 中，应进行详细的技术经济方案论证，经济性具有较大优势的情况下 ，也可采用支接方式接入电网，在其投入运行后，加强管理，以减少 对配电网的影响。 2.2 2.2 光伏电站并网方式的选择光伏电站并网方式的选择 16 国家电网公司光伏电站接入电网技术规定中要求光伏电站接入 系统后，在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等 方面应满足相关标准。 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 逆变器主要通过加装隔离变压器来实现隔离直流的功能。目前，大部 分250kw及以下三相逆变器都将隔离变压器集成在柜内。对于没有集成隔 离变压器的逆变器，可以应用户要求再另外装设。 直流分量直流分量 17 综合而言，光伏电站接入电网时，应主要考虑对配电网系统电压 波动、谐波、电压损耗等方面的影响。 另一方面，对于并网电压等级在20kv及以下的光伏电站，由于 其明显的分布式电源特征，接入时还应满足接入容量比的要求。 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 电压不平衡度电压不平衡度 电压不平衡度则与站内光伏电池组布置及逆变器接线紧密相关， 设计经验表明，大中型光伏电站一般采用三相逆变器，这类电站只要 光伏电池组布置得当，则电压不平衡较小；江苏电网部分小型光伏电 站采用了单相逆变器，这类电站通过在每相上各连接一台逆变器组成 三相系统，对于这类电站，必须得有保护装置保证相关单相逆变器同 切同投，以满足电压不平衡度的要求。 18 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 3.1 3.1 电压波动电压波动 式中，为光伏电站输出电压和电流相位差，功率因数取0.98； 为pcc点最小短路容量，mva； 为光伏电站接入容量，mwp； 光伏电站输出功率不稳定，随日照强度、温度等自然因素变化。 光伏电站接入系统后，配电网pcc点（公共连接点）电压波动采用 下式计算。 19 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 3.2 3.2 谐波谐波 式中，ipvh为光伏电站注入电网的第h次谐波值（考虑逆变器滤波模块后 的谐波发生量），a；sk为基准短路容量，mva；st 为pcc点供电设备容 量，mva；a为不同谐波源在同一节点引起同次谐波的相位迭加系数。 光伏电站输出的谐波大多源于直流逆变为交流的过程。因此，逆变器输出 的谐波电流值是分析光伏电站注入配电网pcc点谐波的基础。通常，逆变器 厂家提供的谐波电流百分比是在满功率输出时测试所得，随着输出功率减小 ，谐波电流百分比呈现逐渐增大趋势。综合而言，谐波电流数值还是满功率 时最大，计算时一般以逆变器满功率输出时的谐波电流校验谐波水平。光伏 电站注入电网的谐波量应满足下式。 20 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 2.2 2.2 电压损耗电压损耗 为保证光伏电站公共接入点供电电压满足用户需要，光伏电站并网线路 越长，并网线路沿线各点的电压畸变越严重，电压损耗越大。为保证光伏 电站并网的经济性，接入系统引起的线路电压损耗应满足下式。 21 3 3 光伏电站接入电网的制约条件光伏电站接入电网的制约条件 2.2 2.2 接入容量比接入容量比 并网电压等级在20kv及以下的光伏电站，一般可认为是较为典 型的分布式电源，其产生的电能应就地消纳。江苏电网负荷特性表 明，就同一变电站而言，目前的最小负荷一般为其最大负荷的30 40%，最低可低至25%。 从电能就地消纳，避免倒送至上级电网，光伏电站总装机容量 不宜超过上一级变压器容量的20%或最大负荷的25%。 22 4 4 江苏光伏接入电压等级的选取江苏光伏接入电压等级的选取 光伏接入系统总体上受电压波动、谐波影响、电压损耗及接入容量比等条件的 制约。具体反映在工程实践中，将主要影响其接入系统的电压等级和接入点（接入 线路长度）的选取。 以电压波动制约为例，江苏电网10kv电网最小短路容量一般不超过350mva， 110kv最小短