分布式光伏电站并网的工程应用思路探讨_分布式光伏电站并网
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分布式光伏电站并网的工程应用思路探讨
摘要:随着光伏发电技术的持续发展,带动光伏电池效率的稳定提升,同步使得光伏电站无论是从建设速度还是建设规模的角度上来说均取得了突飞猛进的进步。随着光伏电站的持续发展,为解决能源紧张问题与电力供应需求增大问题之间的矛盾就需要以分布式光伏电站并网运行为核心构建基于分布式光伏电站的并网运行工程。根据这一实际情况,立足于分布式光伏电站并网工程的应用,就并网工程建设、运行期间所涉及到的关键问题进行详细分析与探讨。
关键词:分布式光伏电站;并网;应用
中图分类号:TM62 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)12-0222-02
在能源紧张问题日益严峻的形势下,太阳能所表现出的可再生优势以及清洁优势均是极为突出的。我国当前太阳能资源的占有量极为丰富(据相关统计资料数据显示,我国全国范围内年度太阳光辐射总量最高值达到了2300kW?h/m2单位以上,理论总储量可达到147.0×1018GW?h/a)。根据该数据,可以肯定的是,我国具有发展光伏发电产业的环境基础。自20世纪70年代以来,我国开始展开光伏发电相关问题的研究,90年代后开始进入稳步发展的阶段,无论是从太阳能电池还是从太阳能组件的角度上来说,其产量与技术性能均呈现出持续提升与发展的趋势。近年来,随着我国政府相关部门对于新能源产业发展的支持力度持续提升,使得光伏产业的发展具有了积极的政策支持。而本文所研究的基于分布式光伏电站并网工程可以说是通过太阳能实现对电力系统支持功能的关键所在。现针对该工程应用的重点问题展开详细分析与探讨。
一、孤岛问题
光伏电站的核心在于:建立在分布式电源的基础之上,以并网逆变器装置为载体,实现并网运行。从这一角度上来说,为保障并网运行下的安全性与可靠性,需要面向整个分布式光伏电站并网工程提供防孤岛效应保护。[1]
在电力系统运行过程中,孤岛效应主要是指:受到电网运行系统失压因素的影响,光伏系统仍然能够相对处于失压状态下,电网一部分线路的持续供电作业。换句话说,从电力公司供电作业的角度上来说,受到大电网停电等一类故障检修因素影响,出现跳闸事故,处于并网运行下的整个分布式光伏电站工程系统未能够及时检测停电状态,基于安全考量,将自身与供电网络整体相互切断,从而导致自身无论是相对于并网发电系统,还是相对于当地负载系统而言均无法对其供电行为进行控制,即形成所谓的“孤岛”。
在分布式光伏电站并网工程建设及运行期间产生孤岛效应下可能诱发的后果相对严重,主要涉及到以下几个方面的问题:其一,并网工程孤岛效应的产生使得电网长期性地持续负载运行状态下,可能对周边人员的人身安全产生不良影响(主要是指孤岛单位下自给供电系统带电运行的安全性隐患);其二,并网工程孤岛效应的产生缺乏大电网运行系统提供环境支持,而对于以孤岛为单位的自给供电系统而言,由于其供电电压与供电频率频繁失稳,最终致使用电设备的安全性无从保障;其三,在电网系统恢复正常运行状态的情况下,既有光伏供电系统重新并网将导致相位不同步,从而致使电流冲击问题表现更加突出;其四,并网工程孤岛效应的产生及其发展意味着孤岛脱离了电力管理部门的监督管理,致使其处于失控状态,且潜在较大的安全隐患问题。[2]
在对该问题进行处理的过程中,分布式光伏电站并网工程防孤岛效应的保护模式可以从主动式以及被动式两个角度入手。其中,前者主要表现为四种方案:频率偏离保护模式;有功功率变动保护模式;无功功率变动保护模式;电流脉冲注入引发阻抗变动保护模式。其共同点均在于:以检测为手段对并网工程逆变器输出功率进行干扰。后者则主要表现为三种方案:电压相位跳动保护模式;3次电压谐波变动保护模式;频率变化率保护模式。其共同点均在于:在不对输出特性造成影响的前提下达到对输出状态加以检测与保护的目的。
以上两种防孤岛效应保护模式均具有各自独特的优势,因此,建议对于分布式光伏电站并网工程而言,光伏系统至少需要满足――主动保护模式配合――被动保护模式的综合保护方案。在电网发生失压问题的情况下,需要确保主动、被动保护模式均能够在2.0s内加以动作,及时断开与电网连接,确保大电网运行的安全可靠。[3]
二、谐波问题
在分布式光伏电站并网工程的运行期间,逆变器的运行需要建立在大量电力电子元件的支持之上完成。从并网工程运行的角度上来说,在以逆变器为载体、实现直流至交流转换的全过程当中,谐波的产生是在所难免的问题之一。因此,并网工程交流电所对应电能质量在很大程度上会受到并网工程所选择逆变器装置质量的影响。结合并网工程的实践运行经验来看,光伏并网电站谐波电压以及谐波电流的允许取值水平主要受到以下几个方面因素的影响:配电系统运行特性、配电系统供电类型、配电系统所对应负载设备运行模式、供电网络现行标准。
对于本文所研究的基于分布式光伏电站的并网工程而言,在对系统谐波问题进行分析的过程中需要严格遵循现行《光伏发电站接入电力系统技术规定》中的相关要求与规范加以落实。具体标准为:在分布式光伏电站并网运行过程中需要以该标准为基础,对光伏发电站面向各个公共连接点所对应注入的谐波电流数值加以限制。同时,对于谐波限制数值的特殊性要求还体现在:对于面向公共连接点所连接的偶次谐波而言,其限制标准应当具体在(25%*奇次谐波)的范围之内。[4]从供电企业的角度上来说,在整个分布式光伏电站并网工程投入运行后需要定期对相关电网谐波数据进行测试,从而保障电压质量的可靠。具体而言,谐波类型、谐波次数以及电流畸变数值之间的对应关系如表1所示。
三、短路比问题
对于基于分布式光伏电站的并网工程而言,在整个并网工程的运行过程中并网逆变器装置表现出了突出的快速调节性能优势。对于弱电运行系统而言,逆变器装置所表现出的快速调节特性导致电力系统诱发暂态电压稳定的可能性大大提升。
从确保分布式光伏电站并网工程稳定运行的角度上来说,原则上需要最大限度地抑制分布式电网运行期间可能对电网系统电压产生的波动影响。结合现行《城市电力网规划设计导则》中的相关要求来看,对于分布式光伏电站并网工程而言,对于其电源短路比取值有着明确的要求,具体的取值标准为:接入点短路电流相对于分布式电源机组额定电流的比值应当控制在10.0单位以上。[5]
四、结束语
基于分布式光伏电站的并网工程的应用可实现太阳能与电能的直接转化,对于环节当前能源紧张问题有重要价值。相对于离网光伏蓄电系统而言,光伏并网系统的优势体现在:能够建设在空旷场地中实现与高等级电网系统的可靠连接,可以说,其已成为光伏发电的主流发展方向之一。本文即着眼于分布式光伏电站并网工程应用问题,分别从孤岛保护问题、谐波问题、以及短路比问题三个方面入手就分布式光伏电站并网工程应用期间有待解决的几点问题展开了详细分析与探讨,希望能够引起各方人员的特别关注与重视。[6]
参考文献:
[1]赵争鸣,雷一,贺凡波,等.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化,2011,35(12):101-107.[2]李盼,吴江,管晓宏,等.分析光伏电站输出特性的云遮挡太阳辐射模型[J].西安交通大学学报,2013,47(8):61-67.[3]郭康,徐玉琴,张丽,等.计及光伏电站随机出力的配电网无功优化[J].电力系统保护与控制,2012,40(10):53-58.[4]王敏,宗炫君,袁越,等.含光伏电站的发电系统可靠性分析[J].中国电机工程学报,2013,(34):42-49.[5]鲍雪娜,张建成,徐明,等.基于混合储能的并网光伏电站有功分级控制策略[J].电力系统自动化,2013,37(1):115-121.[6]王一波,李晶,许洪华,等.考虑电网安全稳定约束的光伏电站最大安装容量计算与分析[J].太阳能学报,2008,29(8):971-975.(责任编辑:王祝萍)
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