陈默子_太阳能光伏发电并网技术

太阳能光伏发电并网技术,陈默子 中国电力科学研究院新能源所2009-3-25,主要内容,引言太阳能光伏的发展现状及前景光伏发电并网技术问题日渐显现光伏发电并网技术研究中国电科院新能源所积极推进光伏发电并网工作,一、引言,太阳能发电是世界可再生能源开发和利用的重点之一太阳能发电将占据世界能源消费的重要席位,一、引言,我国太阳能资源丰富,太阳能利用前景广阔,一、引言,太阳能发电的分类太阳能光伏发电大规模光伏荒漠并网电站（LSPV）建筑一体化光伏发电（BIPV）独立光伏电站太阳能热发电 聚光式：槽式、碟式和塔式非聚光式：热气流和热池,一、引言,太阳能热发电现状和存在的问题 近两三年，太阳能热发电成为研究热点，太阳能热发电关键技术以及塔式、槽式和碟式系统技术方面取得了可喜的进步.2007年6月，南京建成国内首座70千瓦太阳能热发电示范电站系统。中科院电工所即将在北京建成1MW 级塔式太阳能电站试验示范工程。从总体上看，太阳能热发电还处于实验和示范阶段，存在单位装机投资大、热发电成本高等缺点，推广应用有困难。,二、太阳能光伏发电的发展现状及前景,全球太阳能光伏发电发展现状2008年世界太阳电池产量达到5.5GW，总装机容量已经接近17.8GW 。近10 年来的全球太阳能电池产量年均增长率达到了33%.并网光伏发电市场是光伏应用的主流。 目前乃至2010年之前，并网光伏发电市场都占到90%以上，到2030年也将占到70以上。前景至2030年，全球光伏发电装机容量将达到300GW 。,二、太阳能光伏发电的发展现状及前景,世界大型光伏并网发电系统的应用越来越广泛2008年，世界光伏装机大于4GWp。其中大于600KWp以上的电站总和大约2GWp。目前，最大的光伏并网电站，安装于西班牙的Olmedilla，Castila La Mancha)。装机容量为60MWp。安装时间为2008年。,二、太阳能光伏的发展现状及前景,太阳能光伏发电发展特征技术不断进步 成本快速下降产业迅猛扩张 发展潜力巨大并网光伏发电成为主流，相应并网技术问题日渐显现,二、太阳能光伏的发展现状及前景,我国太阳能光伏发电发展现状市场和产业发展的不平衡，制约了并网光伏产业的健康发展 中国电池产量、年装机和累计装机统计（MWp）电池生产主要用于出口 主要是欧洲市场德国和西班牙,二、太阳能光伏的发展现状及前景,大规模光伏荒漠电站是最具发展前景的光伏发电应用市场甘肃敦煌10MWp光伏并网发电示范工程特许权招标引起强烈关注国家可再生能源中长期发展规划 2010年以前建立35座110 MWp左右的沙漠试验电站（总装机20 MWp）， 2020年底装机达到200 MWp。西藏、甘肃、青海和云南等省(区)，一批10MWp级，甚至100MWp级的大型并网光伏电站已经或即将开工建设。,二、太阳能光伏的发展现状及前景,目前光伏发电主要存在以下问题 光伏发电效率低 （如多晶硅12%17%) 光伏发电成本高 核准上网电价每千瓦时4元(含税)：内蒙古鄂尔多斯伊泰集团205kW 太阳能聚光光伏电站上海崇明前卫村太阳能光伏电站光伏发电受气候环境因素影响大光伏电池制造消耗能源多,三、光伏发电并网技术问题日渐显现,我国大规模光伏荒漠电站并网面临的问题超大规模光伏电站的远距离功率输送问题我国太阳能资源丰富地区西部地区，远离负荷中心太阳能光照的间歇性和随机性（云的遮挡）光伏电站接入对电网无功电压的影响大功率逆变器拓扑结构及控制逆变器组群之间的相互影响及协调控制逆变器组群所产生谐波等电能质量问题,三、光伏发电并网技术问题日渐显现,建筑一体化光伏发电（BIPV）并网面临的挑战分布式的并网建筑光伏发电是国外光伏发展的重要方向美国能源部,NREL, Sandia国家实验室,EPRI等联合研究高穿透率PV对电网影响的评估分析方法研究，2007年11月分布式系统技术电网规划和运行模型仿真和工具系统级测试及示范资源评估技术标准及规范,三、光伏发电并网技术问题日渐显现,建筑一体化光伏发电（BIPV）应用面临的挑战国内对分布式并网建筑光伏对配电网的影响研究不够进行仿真和试验评估 谐波等电能质量问题 继电保护 电能倒送为并网技术标准的制定提供研究基础和测试条件为电力系统接纳分布式光伏发电做好技术准备,三、光伏发电并网技术问题日渐显现,独立光伏电站目前要解决的问题小型独立光伏电站解决偏远地区无电人口供电问题。光伏电站的规范化设计、运行管理和维护严重缺失，降低了发电效率，增大了发电成本，独立光伏电站的这种现象尤为突出。青海省168座独立光伏电站，运行4年来，有很大一部分电站的发电效率严重降低，有些甚至已经报废，而且随着大电网的延伸，有一半的光伏电站需要进行并网改造，这还面临着并网改造技术研究以及大量光伏电站对农村配电网影响的研究。,四、光伏发电并网技术研究,太阳电池大型并网逆变器电网接入系统（升压变压器、交流断路器、计量设备等）太阳电池方阵支架（固定或自动跟踪）方阵汇流箱交、直流配电系统交直流电缆监测、计量、数采设备（气象监测、数据采集及传输等）其它硬件设备,大规模并网光伏电站系统结构,四、光伏发电并网技术研究,大功率并网逆变器的系统结构,四、光伏发电并网技术研究,MW级光伏电站的逆变器（两台SG500KTL）,四、光伏发电并网技术研究,光伏电站对电网无功电压影响分析目前光伏电站基本都采用电流源控制方式并网，即在光伏电站全出力过程中控制逆变器交流侧功率因数恒定，一般功率因数控制值都接近1.0。但在实际运行时，由于光伏电站内线路和升压变的无功损耗，随着输出功率的增加，光伏电站需要从电网吸收越来越多的无功功率，对电网无功电压会造成影响，有可能引起系统静态电压失稳。,四、光伏发电并网技术研究,光伏电站对电网无功电压影响分析采用电流源方式并网时，可以通过在升压变配置动态无功补偿的措施来提高光伏电站并网的电压稳定性；也可以通过设定逆变器交流侧功率因数(滞相)来补偿光伏电站运行过程中消耗的无功功率。但在设定功率因数(滞相)的情况下，有可能造成某些出力水平下光伏电站升压变低压侧电压偏高的现象。逆变器交流侧功率因数如何设定，需要根据具体的工程项目，结合具体电网进行详细的计算分析。,四、光伏发电并网技术研究,光伏电站对电网无功电压影响分析采取电压源控制方式并网，则可以通过调节逆变器发出或吸收的无功功率大小来维持并网点电压恒定。电压源逆变器维持并网点电压的能力与逆变器容量及其无功控制范围有关。计算表明，光伏电站采用电压源并网对电网静态电压稳定性的影响相对要小。牺牲逆变器容量。,四、光伏发电并网技术研究,最大功率点跟踪,光伏电池在不同的日照和温度条件下具有不同的最大功率点。通过直流电压的扰动搜索到直流的最大功率点。特别是在弱光和多云的天气下，尤其重要。,四、光伏发电并网技术研究,光伏并网系统仿真平台的研发 开展光伏发电系统静态与动态数学模型的研究，在现有电力系统分析软件中构建光伏发电系统模型。在光伏发电系统模型研究中，充分考虑不同类型的光伏阵列和储能装置以及逆变器的不同运行特性；考虑辐照度变化和温度的影响。探索适用于工程研究的光伏发电系统模型简化方法。能够准确地对大型并网光伏电站、独立光伏电站和大规模城市建筑光伏系统的运行特性进行仿真研究。,四、光伏发电并网技术研究,大规模光伏荒漠电站并网风/光互补系统仿真与模拟实验技术,辐照量日变化,风电输出功率日变化,四、光伏发电并网技术研究,大规模光伏荒漠电站并网风/光/储互补系统的性能仿真与模拟实验技术日本的住友电工（SEI）开发的全矾液流储能电池系统，安装在北海道的30MW风电场示范运行，电池功率4MW，储能容量6MWh。2008年4日，日本风电开发公司在Rokksasho风电场(51MW，35台1.5MW风电机组)安装了功率为34MW、容量为1169.6MWh的钠硫电池，以维持风电场输出功率为恒定值。,四、光伏发电并网技术研究,建筑一体化光伏发电（BIPV）2007年9月,国家发改委发布的 中国可再生能源中长期发展规划 在经济较发达、现代化水平较高的大中城市，建设与建筑物一体化的屋顶太阳能并网光伏发电设施，首先在公益性建筑物上应用，然后逐渐推广到其它建筑物,四、光伏发电并网技术研究,建筑一体化光伏发电（BIPV）,四、光伏发电并网技术研究,建筑一体化光伏发电（BIPV）逆向功率保护GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求对于不可逆流的并网方式，应在供电变压器的输出端安装逆流检测装置。系统在不可逆流的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处为逆变器输出的5%时，逆向功率保护应在0.5s2s内将光伏系统与电网断开。,四、光伏发电并网技术研究,并网光伏建筑的电气方案,四、光伏发电并网技术研究,孤岛效应的定义所谓孤岛效应是指当电网部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。,孤岛效应发生的机理,四、光伏发电并网技术研究,防孤岛效应技术GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求 当光伏系统并入的电网失压时，防孤岛效应保护应在2s内动作，将光伏系统与电网断开。德国VDE126-1-1 要求并网逆变器系统中必须有独立的检测电网断电的模块。,四、光伏发电并网技术研究,独立光伏电站（青海省农网光伏电站综合技术研究与示范）分散式光伏电站的监控管理技术,四、光伏发电并网技术研究,独立光伏电站 （青海省农网光伏电站综合技术研究与示范）移动式光伏发电技术 小型移动式光伏发电系统能够很好地满足非固定居住方式居民的供电，青海、西藏等地区牧民的生活用电采用此种装备非常实用。另外也是野外作业、抢险救灾、登山运动等特殊情况下的理想电源。光伏电站互联与扩容技术 对青海省某些地理位置比较接近的独立光伏电站进行互联研究。,四、光伏发电并网技术研究,独立光伏电站（青海