光伏电站接入电网技术(1).ppt

,光伏电站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 录,2,1 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 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 概述,4,1 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 逆变器,（1）结构,5,1 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 逆变器,（1）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 概述,自动开关,（2）并网运行特性,1.2 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 概述,（2）并网运行特性,1.2 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,交流输出短路保护,（3）具备的保护功能,1 概述,1.2 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）具备的保护功能,1 概述,1.2 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-L2.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）电能质量控制功能,1 概述,1.2 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）电能质量控制功能,1 概述,1.2 逆变器,12,2 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 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 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 光伏电站并网方式,14,2 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 光伏电站并网方式,15,2 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 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 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,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 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 光伏电站接入电网的制约条件,3.1 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 光伏电站接入电网的制约条件,3.2 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 光伏电站接入电网的制约条件,2.2 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 光伏电站接入电网的制约条件,2.2 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3040%，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 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最小短路容量一般不超过2000MVA，若20MWp光伏电站接入10kV电网，电压波动将超过国标要求，而接入110kV电网则可以避免该问题。同样，不同电压等级的电网所能接纳的谐波含量也有着很大的差别。这对光伏电站接入电压等级也有很大的影响。,23,汇报结束，谢谢大家！,