分布式光伏发电并网关键技术、案例分析及标准介绍 何国庆20150412

1中国电力科学研究院何国庆分布式光伏发电并网关键技术、案例分析及标准介绍引言并网关键技术案例分析标准介绍结语32012年国网公司发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》分布式光伏并网数量增长了43倍，并网容量增长了7倍；累计为分布式光伏投入并网配套资金近2亿元。引言2014年底各地区分布式光伏发电装机容量2014年底分布式光伏发电区域分布情况华东、华中地区装机容量分别为145.0和65.2万千瓦，占比分别为58.1%和26.1%。江苏、浙江、河南、湖南和江西位列前五，合计占比66.8%。引言引言•接入电压等级10/6kV，342个项目，总容量167.5万千瓦(67.1%)；380V，1389个项目，容量78.6万千瓦（31.5%）；220V，4485个项目，容量3.6万千瓦（1.4%）。•运营模式多采用自发自用、余电上网。•居民用户光伏发电发展迅速，已有5127个项目实现并网发电。累计受理居民用户光伏发电并网申请6209项，共计21.2万千瓦。•单个并网点容量多在50-1000kW之间，最大达到10MW。分布式光伏发电发展情况050100150200光伏电站出力（MW）03/0103/0203/0303/0403/0503/0603/076连续一周（规律性和间歇性）光伏发电一天的实测曲线（波动性）光伏发电的出力特性是由太阳能资源的特性和发电设备的特性决定的。规律性间歇性波动性逆变器谐波及抗过流能力差光伏组件无惯性太阳能资源的特性发电设备的特性引言引言并网关键技术案例分析标准介绍结语中国电科院提出了基于长时间序列仿真的分布式光伏优化规划方法，可采用全年8760h太阳能资源和负荷数据，综合考虑网损、电压合格率和年发电量等因素，开展分布式光伏的优化规划和选址定容。8现状：基于典型日光伏出力和负荷数据进行分布式光伏的定容与选址不足：未考虑分布式光伏出力及负荷的不确定性和随机性，存在较大误差主程序Matlab主程序PowerFactory位置、容量电压、损耗、发电量解决方案优化规划目标函数1、网络年电能损耗最小8760,,1min(()*1))losslineilineiTkiWReVIW2、分布式光伏年发电量最大1maxNGkkWW87601(**1)kiiWP11(cossin)0()(sincos)0ssNGiDiijijijijijsjkNGiDiijijijijijsjPPVVGBiNgxQQVVGBiN()iminiimaxsGiminGiGimaxGkGiminGiGimaxGijijmaxLVVViNPPPiNhxQQQiNPPijN等式约束条件不等式约束条件线路损耗变压器损耗Wk为每个接入点的年发电量1,2............8760k1,2............8760k优化规划10接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后314187717242665783112总容量19以大负荷典型日为输入量以电能损耗最小为目标函数对某11节点35kV配网进行仿真：基于全年数据得出的分布式光伏选址和定容，其年电能损耗明显小于基于典型日得出的结果接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后38187717231403081111总容量10以小负荷典型日为输入量优化规划接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后311187716841964282111总容量14以全年数据为输入量11以年发电量最大为目标函数接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后318187722604209288114总容量30以大负荷典型日为输入量以年发电量最大为优化目标时，基于全年数据得出的结论也明显更优：采用小负荷典型日，出现装机容量损失采用大负荷典型日，以全年实际数据校核，8和11节点电压出现严重电压越限。优化规划接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后314187717302946384113总容量21以小负荷典型日为输入量接入位置光伏容量（MVA）网损（MWh）发电量（MWh）接入前接入后316187721173647886114总容量26以全年数据为输入量相比于优化目标为网损最小，年发电量增加了16836MWh，网损增大了433MWh，净增发电量16403MWh12分布式光伏地理分散、数量多、总量大、逐级汇集、穿透率高、输出功率具有随机波动性，针对分布式光伏的特点，建立以汇集点为管理对象的网格化管理技术，实现分布式光伏的有效管理。功率预测基于GIS的分布式光伏网格化预测与监测平台分布式光伏网格化管理方法不同电压等级的功率预测10kV下的功率预测值35kV下的功率预测值……分布式光伏海量数据优化存储方法网格化气象监测网格化分布式光伏、变电站供电区域CIM模型分布式光伏发电能力评估基于地理信息系统（GIS）、电网拓扑结构以及网格化数值天气预报，建立分布式光伏网格化预测与监测平台。功率预测分布式光伏并网运行监测值分布式光伏发电理论出力计算通用模型基于GIS的分布式光伏网格化预测与监测平台太阳能资源监测值太阳能资源监测点优化布局网格化的太阳能资源数据分布式光伏实际出力值实用化和低成本的安全传输技术分布式光伏理论出力计算值通过实用化、低成本和安全的传输、太阳能资源监测点优化布局、分布式光伏发电理论出力计算通用模型，建立分布式光伏运行监测模型。功率预测德国分布式光伏近140万个，对调度运行带来影响，因此要求2014年8月1日之后，所有30kW以上的分布式光伏发电信息必须接入调度。为支撑高渗透率分布式光伏的并网运行，必须规范分布式光伏并网管理模式分布式光伏点多面广，如果全部以专网形式接入，通讯投资巨大，且现有的调度自动化系统不支持这么巨大的数量接入。《国家电网公司关于促进分布式电源并网管理工作的意见》—“10千伏接入用户侧的分布式光伏发电、风电、海洋能发电项目，380伏接入的分布式电源项目，可采用无线公网通信方式，但应采取信息安全防护措施。”调度技术分布式光伏对调度的影响数值天气预报接收及处理服务器监测数据接收及处理服务器加密认证服务器反向隔离装置反向隔离装置互联网实用化、低成本安全传输实用化、低成本安全传输高精度数值天气预报分布式光伏太阳能资源监测点分布式光伏网格化预测监测平台功率预测分布式光伏网格化预测与监测平台的拓扑结构监控技术分布式光伏集中监视系统功能18引言并网关键技术案例分析标准介绍结语19光伏发电穿透率问题序号项目名称项目特点新能源容量（MW）最大负荷（MW）渗透率1夏威夷Maui岛海岛87（75风+12光）20044%（弃风20%）2美国西部某工业区园区21020%（电压越限）3合肥高新区园区6.51543%4珠海威士茂工业园园区104.5220%5海南中航特玻厂园区8.8536.4524%6海南英利光电建筑园区8.731.827%7海南赛诺光伏园区2.96.445%8海口经济学院学校3743%9保定涞水寺皇甫村农村0.30.08375%10西藏中部电网弱网12064418.6%20光伏发电穿透率问题功能区性质光伏功率密度（MW/万m2）负荷密度（MW/万m2）光伏发电穿透率（%）居民住宅（普通）0.05～0.10.1～0.225～100居民住宅（高层）0.03～0.070.2～0.359～35商业0.2～0.351.2～315～30办公0.1～0.21.5～3.53～13农村0.3～0.40.05～0.1300以上按照各功能区域的地块容积率、建筑面积、楼顶面积不同，测算典型功能区域内光伏最大安装容量，根据不同类型建筑负荷的典型负荷指标，计算各类功能区域的最大负荷，得出典型区域光伏发电穿透率指标。21光伏接入引起电压越限24.19.14.9.64.8-0.01.201.151.101.051.000.95x-Axis:TimeSweep:时刻(h)东源1-10:有光伏时电压(pu)东源1-10:无光伏时电压(pu)DIgSILENT1.1pu电压波动频繁分布式光伏输出功率的随机性易造成电压波动和闪变。宁夏自治区拟在红寺堡镇3800户农村居民屋顶各安装4kW光伏，并通过220V分散接入，对用户及配电网电压质量带来大幅影响。电压越限问题222222122PRQXUUU影响因素：分布式电源容量接入点距离导线截面功率因数电压越限问题23(1)在变压器10kV母线侧进行集中补偿-效果不明显(2)在变压器400V侧进行集中补偿-效果不明显(3)在400V/220V线路末端补偿电抗器-大幅增加线损(4)限制光伏出力-影响经济性(5)改变接入系统方案，汇集升压后经10kV并网-影响经济性(6)建立中央主控系统控制各逆变器无功出力-控制策略复杂(7)每户逆变器进行自适应无功电压调节-可行的方案针对高密度分布式光伏接入对电网电压质量影响的情况，中国电科院正在开展光伏发电无功电压自适应控制技术研究。电压越限问题24分布式光伏集群中大量逆变器的引入，使得配电网成为含有多个固有谐振点的复杂高阶网络，光伏出力具有谐波频谱宽、幅值波动大等特征，容易激发引起谐振。20MW分布式光伏项目中4台逆变器并联谐振实测曲线并联谐振问题谐振类型高频谐振低频谐振原因逆变器LCL滤波器阻尼不足接入电网末端，阻抗过大现象特征一般为13次-25次谐波一般为低次谐波；谐振条件与发电功率大小有关；抑制手段增加无源/有源阻尼减小电网阻抗并联谐振问题引言并网关键技术案例分析标准介绍结语标准介绍GB/T19964光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T29319光伏发电系统接入配电网技术规定GB/T29321光伏发电站无功补偿技术规范GB/T50866光伏发电站接入电力系统设计规范GB/T50865光伏发电接入配电网设计规范NB/T32015分布式电源接入电网技术规定国标送审稿微电网接入电力系统技术规定国标征求意见稿微电网接入系统设计规范国标报批稿光伏发电系统建模导则国标报批稿光伏发电系统模型参数测试规程国标报批稿并网光伏电站启动验收技术规范接入方式：可以专线或T接方式接入系统高低两级电压均具备接入条件时，可优先采用低电压等级接入运行控制：可不具备低电压穿越能力；380V接入的分布式光伏可不具备有功功率控制能力继电保护：送出线路的继电保护不要求双重配置，可不配置光纤纵差保护通信与信息：可采用无线公网通信方式，但应采取信息安全防护措施380伏接入的分布式光伏只需上传发电量信息28对通过380V接入，或10kV接入用户侧的分布式光伏，在接入方式、运行控制、继电保护、通信与信息方面大幅简化了其并网技术要求。标准介绍29随着美国分布式电源的快速发展，IEEE1547标准的要求也在逐步提高，随着我国分布式电源的发展，技术标准也必将发生变化。对比项IEEE1547德国中压标准德国低压标准国网企标接入允许的电压变化±5%以内±2%以内±3%以内无有功功率控制修订稿中有有，且应具备按频率自动减有功能力有，且应具备按频率自动减有功能力或高频退出无无功功率控制修订稿中有有有有低电压穿越修订稿中有有无无通信超过250KVA的需要有有大幅简化标准介绍引言并网关键技术案例分析标准介绍结语分布式光伏穿透功率的增加给现有电网以及分布式光伏的控制带来一系列挑战，穿透功率越大，挑战越大。在分布式光伏高密度接入的地区，当地电网电压控制与电能质量问题值得关注。基于网格化的预测和监控是解决高穿透率、高密度分布式光伏接入造成的电压控制与电能质量问题的核心与关键。结语谢谢！