智能光伏电站技术发展方向与实践

智能光伏电站技术发展方向与实践2020年4月17日目

录光伏发电的现状及新特性12

智能光伏电站技术发展方向示范与实践案例3一、光伏发电的现状及新特性

光伏发电装机容量快速增长、发展模式多样据能源局统计，截至2015年底，全国光伏发电装机容量达到4318万千瓦，其中，光伏电站3712万千瓦，分布式光伏606万千瓦。2015年新增装机容量1513万千瓦，累计光伏发电量392亿千瓦时。依据“十三五”计划，到2020年底，光伏发电总装机容量预计达到1.5亿千瓦。

我国光伏发电发展模式

西北地区:集中开发、高压输送

中东部:分散接入，就地消纳一、光伏发电的现状及新特性

光伏发电激励政策发生较大变化电站发电性能2013年

发改价格1638号文件装机容量补贴度电补贴发电收益交易价格发改委2015年12月22日出台《关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知》：2016年1月1日起全国光伏电站标杆上网电价，在I类资源区的项目将从现行的0.9元/千瓦时下调至0.85元/千瓦时；II类资源区将从现行的0.95元/千瓦时下调至0.92元/千瓦时。此后在2017年到2020年逐年递减，每年递减幅度为0.03元/千瓦时。一、光伏发电的现状及新特性

大容量接入带来并网安全问题光伏发电具有明显的周期性、间歇性、波动性，并且采用大量电力电子器件，主要引入以下问题：

电压稳定问题（静态、暂态）

系统调频调峰问题电能质量较差

电能质量问题

配电网继电保护

孤岛引起的安全问题系统调频调峰：光伏发电和电网用电需求不同步

……一、光伏发电的现状及新特性

针对集中式地面光伏电站

有功控制技术GB-T

199642012

无功电压控制技术

功率预测光伏发电站接入电力系统技术规定

故障穿越

针对分布式光伏系统

无功控制技术

防孤岛保护GB-T

293192012光伏发电系统接入配电网技术规定

继电保护一、光伏发电的现状及新特性实践中的问题：发展方向：

光伏发电的无功支撑能力尚未充分利用

分散式无功控制

模型参数测试

光伏发电并网规划、运行所用模型不够精确

虚拟同步控制

需模拟同步发电机特性进行调频、调压

大数据、物联网技术的应用

大规模光伏电站运维问题目

录光伏发电的现状及新特性12

智能光伏电站技术发展方向示范与实践案例3二、

智能光伏电站技术发展方向a)光伏电站无功控制标准要求静态无功支撑能力标准动态无功支撑能力标准无功控制能力检测无功输出特性检测判断响应时间判断控制精度我国GB/T19964-2012对光伏发电站低电压穿越能力的要求:①自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30ms。电站输出功率P0

电站输出功率50%P0每10%P0功率区间

设定无功输出0~QC、QC~QL、QL~0

在最大容性/感性无功模式下稳定运行2min在最大容性/感性无功模式下稳定运行②自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.9p.u.期间，光伏发电站注入电力系统的动态无功电流I

应实时跟踪并网点电压变化，并应1minPQQCmaxQLmaxT满足：10%P0XXXX响应时间≤10s系统响应时间精度I

1.5

(0.9

U

)I

（0.2

U

0.9）20%P0TTNTI

1.05

I(UT

0.2)(UT

0.9)…X…X…TNQ5%QsetpointIT

090%P0100%P0XX无功性能指标无功输出能力控制精度响应时间输出幅值响应时间二、

智能光伏电站技术发展方向a)光伏电站无功控制典型方案光伏电站主要无功电源类型调节手段调节特性无功容量光伏逆变器SVCSVG主变压器分接头可投切电容器等光伏逆变器感性、容性无

快速连续调节、

单个单元容量小，受逆功功率

调节精度高

变器容量限制感性、容性无

快速连续调节、

小，与端电压平方成正功功率

调节精度高感性、容性无

快速连续调节、

小，与端电压平方成正SVCSVG比功功率调节精度高比OLTC分接头快速离散调节、调节精度低改变无功分布—可投切电容器慢速离散调节、

大，与端电压平方成正调节精度低

比容性无功功率光伏电站AVC常用控制策略：等功率因数法等比例分配法可调光伏逆变器目标功率因数：可调光伏逆变器目标无功功率：Pcos

可调机组Q总目标Q目标=

N可调机组Q2+P2目标可调机组根据各可调光伏逆变器的有功计算各自的目标无功：1-

cos

2Q

=P

目标机组cos二、

智能光伏电站技术发展方向a)分散式无功控制

无功电压控制技术——无功控制要求

根据系统指令调节无功输出

根据并网点电压水平自动调节无功输出

无功电压控制技术——无功控制思路

充分利用逆变器、无功补偿设备的无功能力变压器分接头并联无功补偿设备光伏逆变器二、

智能光伏电站技术发展方向a)分散式无功控制

分散无功电压控制技术

多变量，多对象的最优控制问题

多无功源的协调控制和配合策略控制策略等比例分配法等功率因数法相似裕度法。。。分散式光伏接入配网二、

智能光伏电站技术发展方向a)分散式无功控制二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试亟需准确的光伏模型和参数区域性可再生安排生产运行方式制定控制措施开展并网分析输电系统评估能源规划电网安全稳定二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试国标GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》•

光伏发电站应建立光伏发电单元（含光伏组件、逆变器、单元升压变压器等）、光伏发电站汇集线路、光伏发电站控制系统模型及参数，用于光伏发电站接入电力系统的规划设计及调度运行。国网公司企业标准Q/GDW1993-2013《光伏发电站模型验证及参数测试规程》•

对于不同类型、不同容量的光伏方阵、逆变器构成的光伏发电单元应分别进行模型验证与参数测试。国家标准企业标准二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试

检测容量限制，无法开展整站并网全系列现场测试无法全面评估光伏电站长期运行性能需完善并网检测型式试验及现场检测，以充分开展光伏建模评估实现光伏发电并网运行环境更全面覆盖二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试评价方法直流侧扰动低电压穿越电网适应性功率控制PGUSVG、AV参C/数AG测C试等其他部件PGS光伏逆变器参数测试可直接用于PSASP、BPA、DIgSILENT/PowerFactory准确的模型参数光伏电站整站建模二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试

基本原则参数测试参数辨识模型验证试验光伏方阵模型现场测试实验室测试为主现场测试光伏逆变器模型站级控制系统模型无功补偿装置模型实验室RT-lab测试依据：企标和国标《光伏发电系统模型参数测试规程》二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试模型验证：利用试验数据验证所建模型的准确性。模型验证试验与仿真数据处理分析模型评价测试数据处理实际系统开展试验数据区间划分相同条件与参数误差计算模型评价仿真模型数值仿真

网侧电压扰动

有功指令给定

无功指令给定二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试

稳态区间：平均偏差和最大偏差

暂态区间：平均偏差

全过程：加权偏差允许最大偏差值电气参数电压偏差，ΔUS/Un电流，ΔI/InF1max0.020.100.100.100.10F2max0.050.200.200.200.20F3max0.050.150.150.150.15FGmax0.050.150.150.150.15无功电流，ΔI

/Iq

n有功功率，ΔP/Pn无功功率，ΔQ/PnF1max：稳态区间平均偏差允许值；F2max：暂态区间平均偏差允许值；F3max：稳态区间最大偏差允许值；FGmax：所有区间加权平均总偏差允许值。二、

智能光伏电站技术发展方向b）模型参数测试光伏发电模型验证软件二、

智能光伏电站技术发展方向c）虚拟同步控制同步发电机具有对电网天然友好的优势，借鉴传统电力系统经验，提出虚拟同步控制。通过模拟同步发电机的本体模型、有功调频以及无功调压等特性，使并网逆变器从运行机制和外特性上可与传统同步发电机相比拟。滤波器光伏逆变器数据采集触发惯量储能单元算法等效控制系统虚拟同步机结构二、

智能光伏电站技术发展方向c）虚拟同步控制PT0额定角速度）refP/ω调频器P/ωω0ω应用层运行管理系统VSG算法fΔT

+

Tm

+Teref+ωf-械角速度）Pω功能层一次调频特性电压环控制电流环控制算法层硬件层QPWM-无功调节器+Qref++E0+电压调节器一次调压特性逆变器硬件+-UrefU虚拟同步控制框架二、

智能光伏电站技术发展方向d）大数据、物联网技术的应用农业光伏—气温、光照等信息也是农业微网能量管理系统的重要信息，可以利用物联网技术，构建了一个基于物联网技术的温室大棚控制系统。大规模电站智能光伏运维—组件出厂信息、电站风速、光照和温度都对光伏电站维护至关重要，利用物联网技术，建立智能光伏电站维护系统，迅速定位电站故障位置，提高电站发电二、

智能光伏电站技术发展方向d）大数据、物联网技术的应用方法：RFID、扫码感知层功能：感知组件、逆变器、汇流箱位置及其工作状态信息物联网技术通过射频识别、全球定位等传感设备，把任何物体与互联网连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪和管理。方法：无线、以太网、modbus网络层应用层功能：实时传输编号、电压电流信息方法：云计算、大数据分析功能：通过历史数据比对迅速判断故障点故障类型、故障位置二、

智能光伏电站技术发展方向大规模电站智能光伏运维—组件出厂信息、电站风速、光照和温度都对光伏电站维护至关重要，利用物联网技术，建立智能光伏电站维护系统，迅速定位电站故障位置，提高电站发电效率。二、

智能光伏电站技术发展方向光伏大数据运维管理—基于气象数据、电站电气数据和电网消纳数据，在全国大范围内对电站进行统一监控和管理，有利于降低光伏电站管理成本，提高发电效率气历史/未来光伏电站气象数据曝辐量/发电量对比（曲线、相关系数）象数据未来发电量评估发电单元逆变器故障率分析电站PR值性能衰减分析电站月年报表按电站电站数据运行状态评分对比排序电站、发电单元收益率与发电效率逆变器发电量、发电功率分析按日月年的收益率、总收益统计曲线电站CO2减排量发电单元发电量、发电功率分析电站总收益（电价报告）电网数据弃光电量评估自用电占比消纳能力评估目

录光伏发电的现状及新特性12

智能光伏电站技术发展方向示范与实践案例3三、示范与时间案例a）分散式无功控制技术站内无SVG等无功源，逆变器群自响应采用外部无功扰动装置并网点测试装置测试点检测装置99509900985098009750970025020015010050U1+Iq无功电流响应时间（ms）基波电压（V）基波无功电流（A）测试时段电压跌落前电压跌落后9920975022164023000100020003000Time

(t/s)400050006000SVG输出电压、无功功率曲线（放大图）三、

示范与实践案例b）模型参数测试

实际逆变器模型参数测试案例10.80.60.6CommandCommand0.40.20MeasurementSimulationMeasurementSimulation-0.2-0.4-0.6-0.80.40.200204060Time

(s)80100120050100150200250Time

(s)有功功率指令扰动无功功率指令扰动三、

示范与实践案例b）模型参数测试

实际逆变器模型参数测试案例1.21.41.21测

量

值仿

真

值测

量

值仿

真

值10.80.60.40.20.80.60.40.20电流电压0123401234时间(s)时间(s)0.80.60.40.200.61.2测

量

值仿

真

值测

量

值仿

真

值测

量

值仿

真

值0.50.40.30.20.1010.80.60.40.20无功电流无功功率有功功率1-0.1-0.20234012时间3401234时间(s)时间(s)(s)电压跌落至5%的测量与仿真曲线对比三、

示范与实践案例b）模型参数测试

实际光伏电站模型参数测试案例

完成我国首次光伏逆变器模型参数测试中利腾晖100MW光伏电站

完成我国首次SVG模型参数测试三、

示范与实践案例c）基于大数据平台的智能运维监控电站投资电站运维电站保险电站建设电站评级三、

示范与实践案例c）基于大数据平台的智能运维监控电站整体运行性能分析电站财务指标分析电站部件运行数据监控电站资产管理三、

示范与实践案例c）虚拟同步控制惯性时间常数为0.5s，阻尼系数为5并网运行实验结果不同惯性时间常数下虚拟同步机并网运行动态响应国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况建设背景•

2009年9月，国家能源局正式函复国家电网公司，同意设立国家能源太阳能发电研发（实验）中心。•

2010年6月27日至28日，中心通过中国合格评定国家认可委员会（CNAS）组织的现场评审。•

2010年7月3日，国家发改委副主任、国家能源局局长张国宝和江苏省副省长徐鸣在南京共同为国家能源太阳能发电研发（实验）中心揭牌。国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况建设内容及功能定位太阳能发电并网数字仿真平台太阳能发电基础研究能力光伏系统并网试验检测能力并网光伏电站移动检测能力太阳能发电并网动模仿真平台光伏发电基础数据平台建设内容光伏系统并网试验检测平台光伏电站移动检测平台•

太阳能发电及并网技术研究•

光伏发电并网检测•

光伏发电产品检测•

太阳能发电产业化技术支持•

太阳能发电技术人才培育•

太阳能发电技术国际交流功能定位国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况唯一国家级光伏逆变器、光伏电站入网测试的权威机构

2010年6月24日通过中国合格评定国家认可委员会（CNAS）现场评审组的现场评审，取得相关资质。

2010年9月23日通过中国计量认证（CMA）现场评审组的现场评审，取得相关资质。

2012年8月10日至13日，完成中国计量认证（CMA）的复评审，具备11项标准，161个测试子项。

2012年12月26日至27日，完成中国合格评定国家认可委员会（CNAS）的复评审，具备13项标准，213个子项的测试能力。

2013年8月13日至14日，完成中国合格评定国家认可委员会（CNAS）和中国计量认证（CMA）二合一评审，具备19个标准，4个检测对象，315个子项的测试能力。国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况积极开展与国外先进实验室的对标与互认分别与国外先进认证机构UL、TUVSUD、TUVNORD、VDE、GL等建立战略合作关系，成为签约实验室，联合开展光伏逆变器检测业务。在国内率先开展了德标BDEW、VDE-AR-N4105等国外先进并网标准的全项测试工作。与德国弗朗霍夫研究院太阳能研究所达成合作意向，双方将在光伏

逆

变

器

检

测

领

域

就Q/GDW617和BDEW开展实验室的对标与互认。联合开展检测业务。国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况标准制定情况

牵头的9项国标、13项行标全部完成送审稿审查会，并已陆续颁布。序号标准类别国标检测规程编制状态颁布执行颁布执行编制报批稿颁布执行编制报批稿颁布执行编制报批稿颁布执行12345678光伏发电站接入电网检测规程光伏发电系统接入配电网检测规程光伏发电系统并网特性评价技术规范光伏发电系统接入配电网技术规定光伏发电站并网运行控制规范光伏发电站接入电力系统技术规定并网光伏电站启动验收技术规范光伏发电站无功补偿技术规范国标国标国标国标国标国标国标光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求9国标编制报批稿表1：国标编制情况国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况标准制定情况

牵头的9项国标、13项行标全部完成送审稿审查会，并已陆续颁布。序号1标准类别行标行标行标行标行标行标行标行标行标行标行标行标行标技术规定/规范光伏发电站低电压穿越检测技术规程光伏发电站电能质量检测技术规程光伏发电站功率控制能力检测技术规程光伏发电站逆变器电能质量检测技术规程光伏发电站逆变器电压与频率响应检测技术规程光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程光伏发电站电压与频率响应检测规程光伏发电站防孤岛效应检测规程编制状态颁布执行2颁布执行3颁布执行4颁布执行5颁布执行6颁布执行7颁布执行8颁布执行9光伏电站并网性能测试与评价方法光伏发电站功率预测技术要求编制报批稿编制报批稿编制征求意见稿编制报批稿编制报批稿10111213小型电源接入电网技术规定分布式电源并网运行控制规范光伏发电站太阳能资源实时监测技术规范表1：行标编制情况国家能源太阳能发电研发（实验）中心概况积极开展国际技术交流参加IEC/TC82年会，参与编赴德国TUV、SMA等光伏行业知名机构开展学术交流与美国UL联合举办光伏逆变写IEC62257标准。AttendintheIEC/TC82annual器全球市场准入培训。Globalmarketing&testingtrainingforphotovoltaicinverters,organizedwithUL。visitTUV,

SMA

andrelatedPVcorporation,andconference,andparticipateinIEC62257standarddraftingcommunicatewitheachother光伏并网检测与评估光伏逆变器主要测试项目：

并网性能检测（低电压穿越性能测试、电压/频率响应性能测试、有功/无功控制性能测试、防孤岛保护性能测试、防逆流性能测试、电能质量测试、电网适应性测试等）

电气性能检测（效率测试<逆变效率、MPPT效率、加权效率>、功率输出特性测试等）

安规检测（短路保护、防反放电保护、极性反接保护、直流过载保护等）

通用性能检测（环境适应性、电磁兼容、振动、噪声、通信接口等）光伏电站主要测试项目：

并网性能检测（低电压穿越性能测试、电压/频率响应性能测试、有功/无功控制性能测试、防孤岛保护性能测试、电能质量测试、电网适应性测试、功率输出特性测试等）

电站选址设计阶段咨询、项目建设阶段监造、项目竣工验收

光伏电站工程质量验收（合同符合性审查、电气设备审