从分布式光伏电站与配电网的相互影响从分布式光伏电站与配电网的相互影响 谈逆变器技术的创新方谈逆变器技术的创新方
向向
分布式能源通常接入中压或低压配电系统,并会对配电系统产生广泛而深远的影响。从技术观点来看,对于分
布式光伏电站融合入电网,逆变器是控制两者之间的相互影响的关键。为了让分布式光伏电站与当地电网系统
更好的融合,解决这些问题的核心就是光伏逆变器。
分布式光伏电站渗透率的提高对配电网的影响是广泛而深远的。一旦分布式能源渗透率提高到10~20%,传统配电网将会转
化为电力交换中心,这时分布式光伏电站与电网之间便会发生相互作用,从而产生诸如谐波、电压扰动等问题。解决这些问题
的关键是逆变器。未来,逆变器扮演的角色不仅仅是一个将光伏系统产生的直流电转换为交流电输入电网的电流转换器,它还
将成为电网和光伏系统的管控中心与互动媒介,从而提升电能质量和提高电网运行的稳定性,同时,还能将逆变器与用电需求
侧管理相结合,使之成为智能电力管理中心。
背景介绍背景介绍
今天,中国社会各界,从政策制定者到市场从业者都达成了一个共识,不断提高可再生能源,包括光伏,风能以及生物质能发
电等新能源分布式电站的渗透率。利用分布式发电的优势,充分开发利用各种可用的分散存在的能源,提高能源的利用效率,
才能真正达到保护环境,节能减排的目的。
传统的配电系统被设计成仅具有分配电能到末端用户的功能,设计形式以垂直连接方案为主,其特点是集中发电,分散消耗,
不同的电网控制区域之间互联能力有限。未来在中国,分布式能源的渗透率会大幅提高,这是推动电网控制模式从中央控制到
分布式多层控制,逐步改变的一个重要因素。随着电力市场的自由化程度不断加大和光伏技术的持续发展,建设大型电站需要
面临巨大的经济压力,远不如建设小型分布式光伏电站来得划算。
分布式光伏能源在电力供应上的质量保证和其安全性,对于那些强烈依赖化石能源做为电力供应而且电力基础传输设施老化的
国家具有很强的吸引力。分布式技术的不断成熟,从1kW到10MW容量的电站同低压电网相连,进入电网为客户提供电力,分
布式能源需要被整合进电网而不是简单的连接到电网上。
将分布式光伏电站纳入电网规划带来的好处如下:
短期效益:减少电力传送和分配所产生的运输损耗,提高用电高峰时间电网的服务质量和持续性,减少温室气体排放。
中长期效益:延缓未来电网扩容的投资,减少为满足用电高峰期的负载要求而增加的巨型额外发电设备。分布式光伏电站一般
要求部署在电力消耗点,例如城市区域,同时光伏组件也可以成为公众光伏知识普及教育的工具,也可以唤醒公众的环保意
识,号召大家接纳和使用清洁能源。
分布式能源通常接入中压或低压配电系统,并会对配电系统产生广泛而深远的影响。从技术观点来看,对于分布式光伏电站融
合入电网,逆变器是控制两者之间的相互影响的关键。为了让分布式光伏电站与当地电网系统更好的融合,更好的协调分布式
光伏电站与配电网之间的相互影响,比如控制能源质量与保证系统与电网的安全,解决这些问题的核心就是光伏逆变器。
本文从两个方面进行分析。一、分布式光伏电站对配电网的影响,目前存在的技术障碍;二、配电网对分布式光伏电站的影
响。而解决两者相互影响所引发的技术问题的关键是逆变器,通过对互动影响的探讨,勾勒出出未来逆变器技术创新与发展的
方向。
I.分布式光伏电站分布式光伏电站对配电网的影响对配电网的影响
作者从以下几个方面讨论了分布式光伏电站对配电网的影响,包括电力工业中几个常见问题,电压,电流,功率。以及在解决
这些问题上,逆变器是如何发挥作用的。
逆变器控制电压波动逆变器控制电压波动
在传统的配电网系统设计中,电能是最高压的时候输送,低压时消耗。随着分布式能源渗透率的提高,功率流会变的更加复
杂,低压配电系统在分布式光伏电站运行的影响下,不良的过压情况可能会出现。
配电系统工作人员有义务必须为电网客户保证电能质量。在配电网中由于荷载变化造成电压水平变化是个相对常见的事情,技
术规范会给出一个规定值的可接受超出范围。举例说明,在国内,市政低压电网的电压变化在额定值的上下10%变化,通常被
认为是可以接受的。通常从分布式光伏电站输入的电能相比于接入点的额定电压,电压会相对国家标准升高2~5%。而且一般
说来,电网还有个约定俗成的原则,分布式光伏电站的发电量不能超过低压网的33%,中压网的50%,这样设计的目的也是为
了避免电网的电压波动。
德国学者Rutschmann的研究表明,当大规模的分布式光伏电站被接入电压控制的配电网线路时,由于反向功率流的存在终端
客户的电压会增高。电压升高的值由分布式光伏电站的容量和负载的比例所决定。目前由于国内分布式光伏电站兴建的规模很
小,尚无相关电压升高问题的报道。Rutschmann在德国的研究表明这类现象都发生在农村电网地区,其原因是农村用户负载
过小,因此安装在城市地区的分布式光伏电站发生此类问题的概率极低。同时由于目前逆变器的设计中,都加入了过压保护的
功能,当电压一旦达到上限,逆变器就自动切换为电压控制器,所以也有效的避免了此类事故的发生。
一般来说,合理的策略是严格控制客户终端的负载与对应分布式光伏电站功率之间的比值,避免出现较大的不对称。
另一方面,因为分布式光伏电站的输出功率受太阳辐射量的影响具有一定的波动性,输出功率的波动性关联会造成配电网线路