光伏发电并网过程中存在那些电能质量问题
光伏发电系统并网所产生的电能质量问题主要包括谐波、电压波动、闪变等,影响有功及无功潮流、频率控制等特性。
1. 由于受天气、环境温度、光伏板安装位置等因素影响,光伏电站的输出功率会有所变化,最大变化率甚至超过额定量的10%,因此产生了发电量的不稳定问题,会对馈入电网的谐波产生影响。
2. 光伏电站的并网需要应用到逆变器,这一产品的控制技术与光伏发电馈入电网的品质也密切相关。目前,为最大利用逆变器容量和最大发电量,厂家会将并网逆变器的功率因数设定在0.99。但随着光伏电站装机容量的增加,由于光伏发电的功率波动性,逆变器的高功率因数运行对电网的稳定性造成威胁,有功不变时,无功几乎不能调节,需要额外的无功来维持电压。另外,逆变器输出轻载时,谐波会明显变大,在10%额定出力以下时,电流的总谐波畸变率甚至会达到20%以上。
3. 光伏发电功率随日照强度变化对电网负荷特性产生影响,它的接入改变了电网潮流方向,将对现有电网的规划、调度运行方式产生影响。而且光伏发电单位不具有调度自动化功能,加大了电网控制与调度运行的难度。若大量光伏发电系统接入电网终端,将加剧电压波动,可能引起电压/无功调节装置的频繁动作;而若高比例光伏发电系统引入,将使得配电网从传统的单电源辐射状网络变成双端甚至多端网络,从而改变故障电流的大小、持续时间等,影响到系统的保护。
假如需要对光伏并网发电进行电能质量在线监测,必须具备以下的条件:
1、 电能质量全部参数的实时监测。
2、 能分析谐波、间谐波、高次谐波等功能。
3、 发生电能质量事件时,能够实时告警。
4、 电能质量问题数据分析功能。
目前国内能满足光伏发电并网电能质量技术标准的电能质量在线监测装置,再加上功能强大的后台软件,构成光伏发电并网的电能质量监测系统。在国内,目前严格符合标准的光伏发电并网电能质量系统有致远电子的电能质量监测系统。
分布式光伏系统并网需考虑安全、光伏配置,计量和结算方面的问题。
在安全方面:并网点开关是否符合安全要求,设备在电网异常或故障
时的安全性,能否在电网停电时可靠断开以保证人身安全等。
在光伏配置方面:光伏容量的配置,主要设备选择,接入点的选择,系
统监测控制功能的实现,反孤岛装置的配置安装等。
在计量和结算方面:计费和结算方式,上网电价情况,获得电价补贴所
需的材料、数据及流程等。
1)孤岛现象“孤岛效应”指在电网失电情况下,发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患,体现在以下两方面:一方面是当检修人员停止电网的供电,并对电力线路和电力设备进行检修时,若并网太阳能电站的逆变器仍继续供电,会造成检修人员伤亡事故;另一方面,当因电网故障造成停电时,若并网逆变器仍继续供电,一旦电网恢复供电,电网电压和并网逆变器的输出电压在相位上可能存在较大差异,会在这一瞬间产生很大的冲击电流,从而损坏设备。
2)防孤岛保护光伏并网逆变器一般均采用了两种“孤岛效应”检测方法,包括被动式和主动式两种检测方法。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位,当电网失电时,会在电网电压的幅值、频率和相位等参数上产生跳变信号,通过检测跳变信号来判断电网是否失电;主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号,通过检测反馈信号来判断电网是否失电,其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值,从而得到电网阻抗来进行判断,当电网失电时,会在电网阻抗参数上发生较大变化,从而判断是否出现了电网失电情况。
3、光伏并网电站的电能质量光伏并网的相关国家标准和国际标准对并网电站输出的电能质量有明确的规定。对电压、波形、频率、相位、谐波等都有明确的要求。
1) 电压偏差应符合GB/T12325的规定,三相电压允许的偏差为额定电压的±7%。
2) 频率偏差应符合GB/T15945的规定,频率的偏差值为±0.5Hz。
3) 谐波和波形畸变总谐波电流应小于逆变器额定输出的5%,偶次谐波应小于低的奇次谐波限值的25%。
4) 功率因数当光伏系统逆变器输出功率大于额定功率的50%,功率因数应不小于0.9。
5) 电压不平衡度应符合GB/T15543的规定的数值,允许值为2%,短时不得超过4%。
6) 直流分量电站运行时,逆变器向电网馈送的直流电量分量不超过交流额定值的1%。
1
应优先选用自冷式、低损耗电力变压器。
2
当无励磁调压电力变压器不能满足电力系统调压要求时,应采用有载调压电力变压器。
3
主变压器容量可按光伏发电站的最大连续输出容量进行选取,且宜选用标准容量。
光伏方阵内就地升压变压器应按下列原则选择:
1
应优先选用自冷式、低损耗电力变压器。
2
升压变压器容量可按光伏方阵单元模块最大输出功率选取。
3
可选用高压/低压预装式箱式变电站或由变压器与高低压电气元件等组成的敞开式设备。对于在沿海或风沙大的光伏发电站,当采用户外布置时,沿海防护等级应达到ip65,风沙大的光伏发电站防护等级应达到ip54。
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就地升压变压器可采用双绕组变压器或分裂变压器。
5
就地升压变压器宜选用无励磁调压变压器
光伏发电站及其升压站的过电压保护和接地应符合《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》dl/620和《交流电气装置的接地》dl/t621的规定。光伏方阵场地内应设置接地网,接地网除采用人工接地极外,还应充分利用光伏组件的支架和基础。
光伏方阵接地应连续、可靠,接地电阻应小于4ω。
升压变压器是指将电压瞬间启动,目前国内能有效做到瞬间升压的变压器生产商比较稀少这也是比较遗憾的一点,升压变压器瞬间启动升压能力比较强、升压效果较好。它区别在于无励磁调压开关不具备带负载转换档位的能力,因为这种分接开关在转换档位过程中,有短时断开过程,断开负荷电流会造成触头间拉弧烧坏分接开关或短路,故调档时必须使变压器停电。因此一般用于对电压要求不是很严格而不需要经常调档的变压器。
1、提高组件转换效率。同等情况下,提高组件效率可以节约土地资源,降低支架、电缆、汇流箱等设备成本。(可降低投资成本)
2、提高组件质量至性能一致性。现在并网电站均为MW级的,普通组件质量缺陷和一致性损失合计超过5%;(可提高发电效率)
3、提高系统无故障运行时间。该项最主要取决于核心部件的质量,其次是系统设计技术,再次是选址环境条件。(降低运营维护成本)
4、降低部件损耗,光伏并网系统除了组件以外,还有汇流箱、直流配电柜、逆变器,升压变压器、交直流输电线路等组成,每次经一次转换和传输均产生一定的损耗。
(合理精选部件,可降低成本,提高系统效率)
5、监控、通讯问题。电网调度平台、各个设备厂家采用的通讯格式和协议均不一样,没有统一的标准。好比手机充电器一样,买一部手机,须配相应的手机充电器,没有选配权。