光伏并网发电电能质量在线监测

光伏并网发电电能质量在线监测技术研究毕业答辩,姓名：学号：学院：,logo,我国在光伏并网分布式发电产业发展现状和实例,华能亚洲最大太阳能电站投产柴达木盆地将建设我国最大并网太阳能电站宁夏50MW级太阳能光伏电站并网发电10兆瓦敦煌并网发电项目江苏三兆瓦屋顶光伏电站并网发电上海世博会的3MW的光伏屋顶并网工程光伏建筑一体化英利电谷晋江,华能亚洲最大太阳能电站投产,2010年5月25日，中国最大、亚洲第一的太阳能光伏试验示范电站项目昆明石林166兆瓦太阳能光伏并网电站一期20兆瓦投产仪式在石林举行。该电站将于2015年全部建成，发电量将达1.95亿千瓦时。,柴达木盆地将建设我国最大并网太阳能电站,该太阳能电站规划总装机容量为1GW（1000MW），在国内首创采用非晶硅薄膜、晶体硅混合的光伏电池方阵。柴达木太阳能电站首期建设规模30MW，首期投资金额约10亿元人民币，将于2009年内开工建设。电站建成后，柴达木太阳能电站将成为目前中国最大的并网光伏电站。,宁夏50MW级太阳能光伏电站并网发电,中节能尚德石嘴山50兆瓦太阳能光伏电站一期10兆瓦项目在宁夏回族自治区石嘴山市惠农区并网发电,10兆瓦敦煌并网发电项目,英利0.69元/度电价中标敦煌10MW项目,江苏3兆瓦屋顶光伏电站并网发电,2009年12月31日下午，江苏国能光伏科技一期工程3兆瓦光伏电站在江苏省阜宁县正式上网运行。据悉，当天并网运行的光伏电站，由江苏国能光伏科技有限公司投资3.3亿元兴建，中环(中国)工程公司承建，总装机容量9.18兆瓦。其中一期工程总投资1亿元，装机容量3兆瓦，于2009年10月24日开工建设。,上海世博会的3MW的光伏屋顶并网工程,光伏建筑一体化英利电谷晋江,本课题主要内容,提出光伏系统的电能质量的基本问题和扰动的在线监测检测方法解决光伏系统在线监测系统的组成结构和运行方式解决光伏系统分布式电网扰动源的定位、控制问题和电力调度问题,论文创新点,首次在电网电能质量研究中考虑大规模光伏系统接入的影响解决了未来光伏系统分布式电网的拓扑结构和在线监测的应用问题为未来大规模光伏系统接入提供理论基础对分布式光伏电网拓扑和在线监测系统安装提供模型利用在线监测系统实现电力科学调度的方法这项研究在以后未来几年光伏并网发电形成规模后，电力系统故障诊断中具有重要意义，在实际工程中具有较大的应用意义。,论文结构,电能质量概念,定义：描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。电能质量主要参数（指标）：电压偏差；频率偏差；功率因数低三相电压不平衡度；谐波（波形畸变）；电压波动与闪变；暂时过电压与瞬态过电压。,电能质量问题的危害,设备过热、烧毁（中性线、电机、变频器、变压器）电容器击穿计算机复位、保护装置误动作或设备工作异常功率因数下降，无功功率增加，付出更多的电费,在线监测理论基础,1电能质量的测量方式1主要包括定期巡检2专项检测或临时抽检3在线监测等。2电能质量的分析和计算涉及到对各种干扰源和电力系统的数学描述1.时域仿真法2.频域分析法3.基于变换的方法。,时域仿真法主要是利用各种时域仿真程序对电能质量中的各种暂态现象进行研究的一种方法，也是目前电能质量分析中最为广泛应用的方法。采用时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时还会引起数值振荡。因此，要采用相应技术以抑制发生数值振荡。频域分析法主要用于谐波问题的分析计算，包括频率扫描、谐波潮流计算等。由于目前电力负荷中非线性负荷的大量增加，还需要考虑非线性负荷的动态特性。这种方法的优点是可详细考虑非线性负载控制系统的作用，因此可精确描述其动态特性。缺点是计算量大，求解过程复杂。基于变换的方法变换法在嵌入式系统和DSP中使用得比较多，谐波分析使用得最多。变换法主要是指傅立叶变换法、短时傅立叶变换法、快速傅立叶变换法和小波变换法。对于稳态谐波等电能质量指标，通常使用FT或者FFT，也有使用快速Hartley变换（FHT）算法、离散W变换法等等；对于暂态谐波指标分析，一般使用改进的FFT分析、加窗的FFT变换法、小波变换等方法。,扰动源种类,电力系统中各种扰动引起的电能质量问题主要分为稳态和暂态两大类。稳态电能质量问题以波形畸变为特征，主要包括谐波、间谐波、波形下陷以及噪声等；暂态电能质量问题通常是以频谱和暂态持续时间为特征，可分为脉冲暂态和振荡暂态两大类。,11种专用术语来说明电能质量的主要扰动,（1）断电（Interruptions）在一定时间内，一相或多相完全失去电压（低于0.1p.u.）称为断电。（2）频率偏差（FrequencyDeviations）遵循各国自己的标准（3）电压骤降（VoltageSags）持续时间为0.5周波1min，幅值为0.1p.u.至0.9p.u.，系统频率仍为标称值。（4）电压骤升（VoltageSwells）电压（或电流）暂时性超过标称值10%者称为电压骤升。系统频率仍为标称值，持续时间为0.5周波1min，幅值为1.1p.u.至1.8p.u.。（5）瞬时脉冲或突波（Transients）瞬时脉冲表示了在两个连续稳态之间的一种在极短时间内发生的现象或数量变化。瞬时脉冲可以是任一极性的单方向脉冲，也可以是发生在任一极性的足迹振荡波第一个尖峰。（6）电压波动（VoltageFluctuations）电压波动是在包络线内电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.91.1p.u.范围的一系列电压随机变化。这种电压变换往往称为闪变（flicker）。闪变这个专用术语是来自电压波动对照明灯的视觉影响。对输配电系统产生电压闪变的最常见原因是电弧炉。（7）电压切痕（VoltageNotches）电压切痕是一种持续时间小于0.5周波的周期性电压扰动。电压切痕主要是由于电力电子装置在两相间发生瞬时短路时电流从一相转换到另一相而产生的。电压切痕的频率非常高，用常规的谐波分析设备很难测量出。这就是过去从未有过此项电压扰动内容，直到最近才正式列入的原因。（8）谐波（Harmonics）含有基波整数倍频率的正弦波电压和电流称为谐波，产生畸变后的波形可分解为基波和许多谐波分量之和。谐波是由于电力系统和电力负荷中的非线性特性造成的。随着用电设备对谐波敏感性的日益增加，高次谐波越来越受到注意并规定了限额。（9）间谐波（Interharmnics）含有基波的非整数倍频率的电压和电流称为间谐波，小于基波频率的分数谐波（FractionalHarmonics）也属于此类。间谐波主要来源于静止变频器、循环换流器、感应电动机和电弧发生装置。（10）过电压（Overvoltage）过电压是指电压幅值超过标称电压10%且持续时间大于1min。（11）欠电压欠电压是指电压幅值小于标称电压10%-20%且持续时间大于1min。,在线监测仪,光伏系统,太阳能光伏发电系统的组成太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组，光伏系统电池控制器，蓄电池和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是：光伏电池：光电转换。控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器，多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，我国目前使用的大都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前我国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池。交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。,光伏系统的工作原理,控制器,逆变器,保护电路,现在常用的逆变器联网方式,并网逆变器实现交直流转换，光伏阵列最大功率输出，输出电压与电网同频同相，保证功率转化效率和电能质量。,各种逆变器,光伏系统并网,太阳能光伏发电系统的分类目前太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，光伏并网发电系统及前两者混合系统。A）离网光伏蓄电系统。这是一种常见的太阳能应用方式。在国内外应用已有若干年。系统比较简单，而且适应性广。只因其一系列种类蓄电池的体积偏大和维护困难而限制了使用范围。B）光伏并网发电系统。当用电负荷较大时，太阳能电力不足就向市电购电。而负荷较小时，或用不完电力时，就可将多余的电力卖给市电。在背靠电网的前提下，该系统省掉了蓄电池，从而扩张了使用的范围和灵活性，并降低了造价。C）A，B两者混合系统，这是介于上述两个方之间的系统。该方案有较强的适应性，例如可以根据电网的峰谷电价来调整自身的发电策略。但是其造价和运行成本较上述两种方案高。,离网光伏蓄电系统,光伏并网发电系统原理,实际光伏并网发电系统,并网光伏建筑一体化,分布式光伏并网发电对电能质量的影响,分布式电源接入配电网后，会引入各种扰动，从而对系统的电能质量产生影响。其影响主要有两个方面。（1）电压闪烁。分布式光伏系统在下列情况下可能直接或间接引起电压闪烁:a.大型分布式光伏系统启动；b.输出突然变化或发生较大变化；c.分布式光伏系统和反馈环节的电压控制设备相互影响。目前采用的解决方法是要求分布式光伏系统的拥有者减少分布式光伏系统的启动次数，并将分布式光伏系统通过逆变器接入配电网以减少分布式光伏系统输出的大幅度变化。（2）谐波。分布式光伏系统在下列情况下可能引入谐波:a.分布式电源本身就是一个谐波源；b.分布式光伏系统经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。c.分布式光伏系统经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。,光伏并网发电电能质量在线监测与扰动源定位,含有光伏并网的发电模式下电网在线监测系统光伏大规模并网发电，大量的逆变器接入电网，其产生的电压升降，波形畸变，高次谐波使得电网的电能质量日趋恶化，为了能实时监测电网的光伏并网模式下的电能质量，必须改进在线监测系统和它的拓扑方式。在线监测系统必须具备的能力有：1光伏系统应具有独立的专项监测能力。2并网系统的信息电能质量的反馈能力。3电网的调度能力。,光伏系统独立的专项监测能力,1实现方式光伏电站的逆变器现在只有交直流转化和充当控制器的功能，在不久的将来肯定会开发出具备检测电能质量参数如电压，频率的装置模块，使光伏系统更好适应并网发电的技术要求。逆变器集成监测系统结构以后，为了更好对监测结果的保存和时时处理、快速反应的要求，必须有本地处理电能质量扰动的能力，参考事先设定好的参数偏差范围进行相应反应。为了以后维护和掌握系统的发展趋势，监控系统必须有一定的存储空间，能存储一个月的扰动信息或故障信息，单个信息大小包括故障前10秒和处理故障后20秒的系统参数。工作人员必须在在线监测系统基础上对光伏电站的存储系统专项检查，验证和查找原因。2逆变器要检测的参数逆变器要检测的参数主要有电压信号、频率特性信号、谐波等。另外，逆变器集成的控制器要保证光伏最大功率输出，而且光伏电站不仅输给电网有功功率，还要对电网进行无功功率补偿。,具有一定的故障自主处理能力,为了分析光伏电站事故和安全自动装置在事故过程中的动作情况，使电网调度机构能全面、准确、实时地了解系统事故过程中继电保护装置的动作行为，在大型光伏电站中应装设专用故障录波装置。故障录波装置应记录故障前10秒到故障后60秒的情况。故障录波装置应该包括必要数量的通道。光伏电站故障动态过程记录系统大扰动如短路故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及继电保护与安全自动装置的动作行为。光伏电站并网点交流电压、电流信号需要接入光伏电站的故障录波装置。保护动作信号、电能质量监测装置触发输出信号可接入故障录波装置的外部触发节点。,并网系统拓扑,在线监测装置的位置选择应该是星型分布式并网的各节点位置，这样更能发挥装置的性能，方便监测和控制各条线路，也方便对出故障的电路采取措施，故障波及的面积最小，降低成本。,PQM,星型分布式电力网络在线监测系统,系统架构设计见图。图中：最小的功能单元是电能质量监测装置PQM，它负责收集电网中发生的电能质量扰动数据，并将其送往PQ处理中心；为了增强PQ处理的实时性和有效性，并加强PQ数据处理，可将PQ处理中心分为多个级别一一PQ处理中心I（电力一级控制中心）、PQ处理中心II（可能是二级控制中心常规发电站）和PQ处理中心（可能是三级控制中心光伏电站）；“数据通信通道”是PQM与PQ处理中心之间以及各级PQ处理中心相互之间的数据吞吐通道，它可以利用现有的有线、无线通信资源，也可以是电力线载波通信，还可以建立专线连接，所有这些通信链路的选择可以根据用户的要求和现有的通信资源而定，可以灵活多样。监测系统中，PQM虽然是最小的功能单元，却起着举足轻重的作用，因为它是监测系统所有数据的“源头”。PQM对电网实施连续在线监测，一旦有扰动发生，马上启动相应的保护装置，同时也启动录波设备进行故障录波，并将扰动波形进行存储，打包送往PQ处理中心I。,子站PQM,光伏系统在线检测单元,常规的在线监测网络,光伏系统远程监控的四种方法,特殊地理条件下光伏电站运行状态的在线监测系统,特殊地理条件下光伏电站运行状态的在线监测系统由于太阳能地理条件的限制，我国青藏高原地区和沙漠草原地区日照强度数量可观，未来肯定有很多的太阳能屋顶系统的建设。系统的稳定运行需要专业人员的维护，由于地理条件限制，维修人员不能时时监视系统运行状态，像一些深山里的太阳能通信站就是工作在无人值守的工作状态。那么专业人员怎么监视控制特殊地理条件下的无人值守太阳能基站或交通不便的散居太阳能屋顶系统呢。那只能是加装在线系统，并在传输电能质量基础上，新增太阳能光伏系统运行状态数据传输，保障上级控制中心能对系统维护并调度。,电网的控制调度能力,太阳能发电的峰值特点太阳能发电有自己的特点，不像常规能源能持续发电，要受日照的影响。每天有一个电站启动和关闭的过程，光伏系统关闭时只能由常规电站的备用电站来调节光伏电站关闭对电网造成的供电量不足影响。光伏系统重启关闭的峰值时间也要随地理，季节的不同而变化。必须由一级控制中心统一调度电力，才能保证整个电网的稳定运行，也就是必须按照各地的日照规律做全电网的统一规划，白天光伏电站最大功率发电，节省常规能源，晚上调峰开始，常规电站补充光伏电站。对于那些有储电能力的光伏系统，可以缓解调峰时电力不足差距。一般带蓄电池的光伏系统都可以在日落4小时后，才开始向电网购电，可躲过日落后2小时的用电高峰期，减轻了电网