分布式光伏电站逆变器关键技术探讨20130415

,分布式光伏电站并网技术,目录,一、光伏分布式概念和应用特点二、光伏分布式并网方案和技术点三、系统监控和远程控制技术点四、相关案例介绍以及逆变器选型分析,一、分布式光伏,关键词：从分布式新能源发电的发展规律出发，根据电网网架结构和电力负荷特点，因地制宜发展城市分布式新能源发电，所发电量主要由当地用户自用或在本地电网内消纳。探索适应分布式新能源发电的政策机制，建立用户侧分布式发电与电网供电相互竞争的政策和管理机制，提高分布式发电的市场竞争力。,光伏与分布式的契合点：太阳能发电本身具有分布式的特点（有阳光的地方就能发电）；光伏的转换效率低（分布式靠近负荷，大大降低电能在传输线路上的损耗）,一、分布式光伏应用特点,高度分布式的太阳能在发电项目的使用和管理上有更强的优势,一、分布式光伏应用特点,分布式监控带来的优势,分布式光伏电站并网技术,目录,一、光伏分布式概念和应用特点二、光伏分布式并网方案和技术点三、系统监控和远程控制技术点四、相关案例介绍以及逆变器选型分析,二、分布式光伏并网方案,1. 基于10kV35kV中压并网的分布式光伏电站(1MW)设计概图特点：运用集中式光伏逆变器(100kW)，直接并网入中压；管理简单，集中监控；适用于地面电站或特别屋顶电站 (超大屋顶、靠近变电站、建筑负荷小),二、分布式光伏并网方案,2. 基于380V低压并网的分布式光伏电站(1MW)设计概图特点：运用组串式光伏逆变器( 1 kV to 60 kVb. 可接受电压变化范围由发电单元的开关操作导致的最大电压变化不能超过： 且3分钟内为2%的次数不超过一次。在同一个电网连接点，一个或多个发电设备同时断开时，电网每一个点的电压变化限值为c. 长期电压闪烁在连接点连接一个或多个发电设备的评估，长期电压闪烁强度不能超过以下限值： Plt0.46,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准d. 谐波和交互谐波：如果中压电网只有一个连接点，这个连接点的允许的谐波电流由表table2.4.3-1中的谐波电流i zul乘此连接点的短路功率确定： 如果多个设备连接到同一个连接点，那么谐波电流由以下确定：其中SA为设备的视在连接功率，SGesamt为此连接点的总的可连接的或计划输入功率。由相同类型的发电单元组成的发电设备，可用 ，对于由不同类型的发电单元组成的发电设备，这里只能做一个粗糙的评估。,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准e. 缺峰补偿：相对缺峰补偿深度dkom不超过： dkom = 2.5% (dkom = Ukom / c with c = peak value of the agreed service voltage Uc).f. 集中纹波控制：不允许产生不可接受的干扰电压，特别是以下情况需要考虑：-频率与地方应用的纹波控制频率相符或接近的发电设备产生的烦扰电压不能超过0.1%Uc.-频率为地方应用的纹波控制频率的100Hz，不能超过0.3%Uc。g. 重连只有当电网的电压至少为95%Uc,频率为47.5Hz50.05Hz时，才允许连接或重新连接发电设备。对于连接功率超过1MVA的发电设备，在触发保护断开装置之后，重新连接发电设备与电网时，有功功率增加速率不能超过每分钟10%PAV.,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准h. 低电压穿越：根据Transmission Code 2007，section 3.3.13.5，type-2发电设备应用以下条件：注：U指三个线对线电压的最低值。a) 在电压跌落到0%Uc，时间150ms时，发电单元不得离网；b) 蓝线以下不要求一定要连接电网；c) 电压跌落到线1以上的值时，不能导致不稳定或离网d) 如果电压跌落到线1和线2之间，发电单元不得离网，与电网操作者协商，可馈入短路电流。如果发电设备连接要求，可以改变线2. 如果发电设备能2s再同步，允许短时间离网，最后，在再同步后，有功功率必须至少以10%额定功率每秒的变化率增加。.,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准i. 有功功率输出：发电设备必须能以最大一步减少10%额定有功功率的速率减少有功功率，必须能在任何工作条件和任何工作点都能达到电网操作这指定的功率点。目标值一般有步骤或无步骤的预设，与额定有功功率的百分比相对应。到目前为止，目标值100%/60%/30%/0%被证明是,有效的。电网操作者不能干扰发电设备的控制，他仅对信号负责。由设备操作者负责实施功率减小，功率减小必须没有时延，最多在1min内达到相应的目标值。减小到10%有功功率额定值时，不允许自动离网；低于10%时，可以离网。当频率超过50.2Hz时，发电单元必须减小瞬时的有功功率斜率为40%PM/Hz.如果频率50.05Hz，只要实际频率不超过50.2Hz，有功功率可以重新增加.,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准j. 无功功率：发电设备的无功功率输出符合功率因数至少为 如果偏离值与上述有偏差，用户需参考箭头系统。,对于有功功率输出，由电网操作者在变电站指定固定的无功功率值或通过远程控制指定可调节的值，设置的值为：a)固定的有功功率因数cos或b)有功功率因数 cos(P) 或 c)固定的无功功率 MVar 或d)无功功率/电压特性 Q(U).如果电网操作者设定了一条特性曲线，那么从曲线得到的任何无功功率都必须自适应获得，如下：-对于cos(P)在10秒内获得，-对于Q(U)特性曲线，在10秒到1分钟之内调节获得。为了减少在有功功率馈入波动时产生电压跳变， 应选择连续图形和有限斜率的特性曲线。,二、分布式光伏并网技术点,BDEW简介：中压并网标准k. 保护装置：根据DIN VDE 0101，在电气设备中，必须提供短路清除的自动装置。保护断开装置的设定值假定为保护装置和开关装置的固有反应时间的总和，不能超过100ms。且可调。频率在47.5Hz51.5Hz之间时，不允许自动从电网断开，除非电网操作者指定了其它值。如果频率低于47.5Hz，或超过51.5Hz，发电单元必须立即自动从电网断开。-在转换点的初级保护断开装置的推荐设置值(上)-在电网连接点的保护断开装置的推荐设置值(中)-在变压器高压或低压边的发电单元的保护断开装置的推荐设置值（下）。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案,理论来说，电网系统线路在传输线路长度小于100km时，可等效为感性系统。不考虑线路损耗，有功和无功的传输取决于线路两端的电压幅值和相角。我们可计算受电端有计算送点端有,2,1,G2,G1,光伏系统受光照强度等气候条件影响，在阳光较好的情况下，光伏逆变器按照最大有功功率输出，会影响接入点的电网电压。电网电压波动会对电网的运行造成负面影响。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案功率传输,根据公式，传输有功功率需要无功功率的支撑。如果有功功率增加，在保持电压幅值不变的情况下，必须增大 ，那么 减小， 增大,从而所需无功功率 增加。结论： 要在恒定电压下输送更多的有功，此时需要支撑的无功也就更多；如果无功支撑不足，则会引起电压发生变化。故逆变器须具备无功补偿技术，在检测到逆变器并网点电压变化时，能快速准确的调整无功输出，来抑制逆变器系统对于并网接入点的影响，从而能够较快的调节整个电网的电压不会有太大波动。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案校正电网母线电压下左图为三相市电电网及逆变器并网仿真模型，图中红色圆圈处PCC(Point of Common Coupling)为逆变器并网接入点，电网系统到接入点存在感性阻抗即(Grid impedance), 在0.5S左右加入无功补偿控制，仿真波形如下右图。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案校正电网母线电压,逆变器接入点线电压有效值变化及电网电压有效值在0.5S放大图（下左）和逆变器输出电流变化波形(下右),从仿真波形看出，如果逆变器只输出有功的情况下，电网接入点电压会被抬升至386V左右；运用无功补偿技术,在对PCC电位进行无功补偿的基础上，加入控制算法(如图中在0.5S的波形变化)，能够将电压在一个市电周期之内（0.02S）稳定到市电电压额定值381V左右。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案低电压穿越运用无功补偿技术，同时能够实现低电压穿越功能：每半周期侦测一次市电有效值，并结合市电波形侦测，最快在5ms内侦测到市电低压状况；采用d-q变换，并动态的分配Id和Iq，市电正常时，提供Id，发生低电压时，迅速转化成提供Iq，使逆变不会发生过载，提供虚功的同时保护逆变器；能够快速的提供满载虚功电流，支撑市电电压.,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案低电压穿越实测，满载时，市电电压从230V跌落到180V/120/0V，逆变器在1020ms内作出响应，输出对应的虚功电流，Bus电压保持平稳，逆变器输出未出现过载。虚功电流支撑了市电电压，等待电网故障的恢复。,二、分布式光伏并网技术点,2. 电压波动问题及解决方案无功补偿技术我们可以对逆变器进行设定，电压波动+/- 10%之内时，不发出无功；在电压波动-10%时，必须产生无功功率进行低电压穿越；电压波动在10%20%之间，必须产生无功功率校正电网母线电压。注：以上值可根据电网公司要求，或者项目实际情况来进行设定。,调节时间：小于40ms；功率因数精度：+/- 0.01；功率因数： +/-0.9；被动式调节： 自动侦测电压波形来进行无功输出调节； 可按电网公司要求的调整曲线来进行设定； 可响应远程监控设备的设定指令。,二、分布式光伏并网技术点,3. 系统谐波和阻抗问题及解决方案,一般情况下，市场上光伏逆变器公司都标示自己的产品满载总体谐波畸变率THD小于3%，即向电网系统注入的谐波总量不会超过本身基波3%。当系统采用分布式并网即多台并网时，系统电网的谐波畸变率可以表示为：假定所有逆变器功率一样，谐波也一样，上述分析表示理论上系统如果是稳定的，当每台光伏逆变器满载总体谐波畸变率THD小于3%，那么所有光伏逆变器满载总体谐波畸变率小于3%。,二、分布式光伏并网技术点,3. 系统谐波和阻抗问题及解决方案,实际上由于多台光伏逆变器并网，系统还会存在引起系统不稳定因素。现对于单台逆变器进行分析，上图中单台逆变器中 为电感， 为电容，假定 ，那么单台逆变器的系统方程 ，但是当我们考虑系统阻抗 时，系统方程变为可以看出系统存在谐振点，这样系统就可能由于谐振的问题导致谐波放大，不稳定点出现了( 较小时系统仍然是稳定的)。多台光伏逆变器并联，系统阻抗会变为 ,随着逆变器的增多，系统阻抗便不可忽视；另外在一些乡村电网弱电网系统中，系统阻抗比较大，谐波导致的不稳定现象也相对更严重。,二、分布式光伏并网技术点,3. 系统谐波和阻抗问题及解决方案,成熟逆变器厂家，会加入控制算法来从本质上削减系统阻抗影响，使系统趋于稳定。上图是未加入控制算法的市电波形，可以看出系统波形出现振荡，代表着系统谐波有放大；下图加入控制算法之后，可以看到系统电流的振荡几乎没有，从而系统谐波没有被放大，系统处于稳定状态。结论：由于系统阻抗的存在，使多台光伏逆变器存在不稳定因素，而且随着光伏逆变器并联的数目增多(分布式特点)，该系统阻抗会导致谐波发生放大，继而影响光伏发电系统的稳定性。成熟厂家都有控制技术，能够彻底消除此种不稳定现象。,二、分布式光伏并网技术点,4. 其他技术点,分布式光伏电站电站对于逆变器还有其他的技术点要求：比如 保护装置，孤岛特性，纹波控制，EMC控制等；另外还有 远程监控技术，电网调度等,分布式光伏电站并网技术,目录,一、光伏分布式概念和应用特点二、光伏分布式并网方案和技术点三、系统监控和远程控制技术点四、相关案例介绍以及逆变器选型分析,三、系统监控和远程控制技术点,1. 监控示意图,光伏设备层用于光伏电站的电能转换、电能测量、环境测量等装置。数据采集器层通过有线(RS485)或者无线(Wifi, Zigbee, BT等)采集光伏设备的数据，发送至网络层。c. 网络层负责设备组网并将数据进行传输，提供接口可向电网传送数据并接受电网调度。d. 终端层通过各种终端对网络服务器进行有线或无线访问，进行数据查询和设备控制；电力远东装置可通过网络层的接口，实现电网的只能调度,2. 控制技术点,发电量记数监控统一管理。通过现场采样数据进行闭环控制。通过终端层(监控中心，电力启动装置)对光伏设备（逆变器）实现远程管理，并中央控制。系统状态诊断数据统一管理。远程支持停电管理和恢复工作，有功0%100%连续可调。远程无功调节(- 0.8 +0.8)，进行削峰和发电管理，保障电网稳定。,三、系统监控和远程控制技术点,二、分布式光伏并网技术点,3. 显示界面,分布式光伏电站并网技术,目录,一、光伏分布式概念和应用特点二、光伏分布式并网方案和技术点三、系统监控和远程控制技术点四、相关案例介绍以及逆变器选型分析,四、逆变器选型分析,分布式电站离散式建筑宜使用组串式逆变器 投资回报更佳。380V用户侧并网，自发自用；整个系统成