光伏电站的施工与维护任务.光伏电站的并网检测PPT课件

任务3 3光伏电站的并网检测 内容提要 简介光伏发电对电网的影响和国内外光伏并网标准 在已知国家电网关于光伏并网技术规定的前提下 着重叙述了光伏发电的并网检测内容和并网检测技术 3 3 1光伏发电对电网的影响3 3 2国内外光伏并网标准介绍3 3 3光伏发电的并网检测 主要内容 3 3 1光伏发电对电网的影响 我国的太阳能光伏发电呈现出 大规模集中开发 中高压接入 与 分散开发 低压就地接入 并举的发展趋势 大型电站形式即分布式电源形式 2010年底达89 3万千瓦 2011年达300万千瓦 如图3 10所示 图3 10光伏电站的圆形分布图 1 光照资源的性质 光照资源的随机性 间歇性 周期性三个性质是光伏电站对电网产生影响的最主要因素 如图3 11所示 a 晴天 b 多云天气 c 一周 图3 11气候对输出功率的影响曲线 2 电能质量问题 电能质量有两个问题 一是光伏发电通过电力电子逆变器并网 易产生谐波 三相电流不平衡 输出功率随机性易造成电网电压波动 闪变 二是建筑光伏直接在用户侧接入电网 电能质量问题直接影响用户的电气设备安全 3 电网调频与经济运行的问题 电网调频与经济运行也有两个问题 一是太阳能资源具有间歇性 周期性 波动性 周期性等特点 当光伏发电在电源中的比例不断增大的时候 对电网调峰的影响将愈加显著 二是光伏发电只在白天发电 具有一定的正调峰特性 4 大电网稳定控制问题 采用 集中开发 高压送出 模式开发的大规模光伏电站多集中于西北 华北等日照资源丰富的荒漠 半荒漠地区 而这些地区一般地域范围广而本地负荷小 光伏电站的电力需要远距离输出 随着光伏电站的规模加大 光照短期波动和周期性变化引起的线路电压超限现象将逐步出现 电压稳定性逐步突出 5 配电网的运行控制问题 配电网的运行控制根本原因在于两方面 第一 我国的中 低压配电网主要是中性点不接地 或经消弧线圈接地 系统 采用单侧电源辐射性供电网络 第二 光伏电源接入配电网 使配电系统从放射状结构变为多电源结构 潮流和短路电流大小 流向以及分布特性均发生改变 1 电压调节问题原有的调节方案不能满足接入分布式电源后配电网电压调节要求 2 继电保护问题注意以下几点 1 导致本线路保护的灵敏度降低及拒动 2 导致本线路保护误动 3 导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性 4 导致重合闸不成功 3 孤岛引起的安全问题1 线路维护人员人身安全受到威胁 2 与孤岛地区相连的用户供电质量受到影响 频率和电压偏出正常运行范围 3 孤岛内部的保护装置无法协调 4 电网供电恢复后会造成相位不同步 5 孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压 6 单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电 例如 西班牙3MW光伏电站项目 采用3个逆变器厂家的多种型号小型光伏逆变器并联运行 在真实电网故障的情况下电站继续运行 后带负荷人为重现此现象 如图3 12所示 图3 12西班牙3MW光伏电站项目生产的孤岛现象 4 配电网的监控通信我国的配电网的信息自动化水平相对落后 10KV及以下低压线路一般不具备通信通道 光伏发电带来的双向计量计费问题等 3 3 2配电网的规划设计 1 增加了电力负荷的预测难度2 加大了配电网规划的不确定性3 提高了配电网规划适应性要求 3 3 3对电网经济性的影响 1 降低配电网设备利用率2 增加电网运行成本 3 3 4国内外光伏并网标准介绍1 国内光伏并网标准 1 针对小型光伏电站的标准有三个标准 GB T20046 2006光伏 PV 系统电网接口特性 IEC61727 2004光伏 PV 系统 电网接口特性 IEC61727 2004光伏 PV 系统 电网接口特性 2 针对大规模光伏电站的指导性文件至今尚无标准 2 国外光伏并网标准 1 美国针对分布式发电的并网标准 IEEE1547全称为 IEEE1547SeriesofInterconnectionStds 是一针对分布式发电的并网标准 不限于光伏 其中做出了一些典型的技术要求 2 德国针对接入中压电网分布式电源的并网标准如对电网的支撑能力有如下典型技术要求 1 tostayconnectedduringafaul 故障时保持并网 在电压跌落到0时 至少要坚持150ms不脱网 在红实线以下的区域 可以脱网运行 当然能并网运行也是可以的 如图3 13所示 图3 13电压随时间的变化曲线 2 tosupportthevoltagebyprovidingreactivepowerduringthefault 故障时通过发出无功支撑电网电压 当电压跌落超过10 时 每1 的电压跌落 至少要提供2 的无功电流 响应速度应在20ms之内 必要时 必须能够提供100 的无功电流 3 ActivePowerControl 有功功率控制 4 StaticGridSupportbyReactivePowerControl 通过无功功率控制为电网提供静态支撑 3 光伏发电的并网检测 1 检测中心建设背景及检测能力1 关于 国家能源太阳能发电研发 实验 中心 该中心是在国家电网公司高度重视新能源的开发利用的形式下建设的 如图3 14所示 2 中心的光伏发电检测能力对小型光伏电站具有以下五方面的检测能力 防孤岛保护性能 电压 频率响应特性 功率输出特性 电能质量指标 功率因数指标 对大中型光伏电站也具有以下六方面的检测能力 有功控制性能 无功调节能力 功率输出特性 电能质量指标 低电压耐受能力 防孤岛保护性能 2 光伏电站并网检测技术该技术使用可移动检测平台即跟踪电站 该检测平台能够完成光伏并网电站的电压 频率响应特性 防孤岛保护特性 功率输出特性 电能质量指标以及光伏电站通用性能指标的现场检测 3 光伏电站并网检测方案1 小型光伏电站现场检测小型光伏电站检测平台搭建在一台40英尺标准箱式集控车内 满足公路运输标准 整个集装箱分为主设备室和集控室两部分 如图3 15所示 图3 15小型光伏电站移动检测平台结构图 其中主设备室内搭建有300kVA电网扰动发生装置 如图3 16所示 200kW防孤岛检测装置 如图3 17所示 等5个部件 图3 16300kVA电网扰动发生装置 图3 17200kW防孤岛检测装置 集控室内搭建有车载集控系统 如图3 18所示 现场气象参数测量装置 如图3 19所示 等4个部件 图3 18车载集控系统 图3 19现场气象参数测量装置 2 大中型光伏电站现场检测大中型光伏电站现场检测平台是一台厢式集控车和六台具有20英尺标准集装箱的测试车的模块化组合 其中集控车上所安装的车载集控系统 满足光伏电站现场检测时的现场监视 现场控制 实验保护 数据采集 数据存储 数据分析 曲线绘制 报表输出等综合功能 包括 琴式操作台 配电隔离变压器 配电柜等 如图3 20所示 图3 20琴式操作台和配电柜 图3 21接线现场部分仪器设备 如图3 21所示为接线现场部分仪器设备 3 并网光伏逆变器的检测依据IEC IEEE UL VDE等相关国际标准和我国现有和即将出台的标准规范 应具备对MW级光伏并网逆变器进行检测的能力 同时也要为并网光伏设备制造商提供电压 频率响应特性 防孤岛性能以及低电压耐受能力等常规条件无法完成的测试服务 如图3 22所示 图3 22并网光伏逆变器检测实物接线图 对并网光伏逆变器的检测内容包括并网性能检测和通用技术检测两方面 前者包括5项测试 电能质量检测 有功和无功控制性能 防孤岛保护性能 电压频率响应特性 低电压耐受能力 后者包括4项测试 最大功率跟踪性能测试 效率测试 噪音 振动等环境测试 电磁兼容测试 如图3 23所示 测试中有可能发现以下问题 1 低电压穿越功能 2 有功功率调节能力 3 无功功率调节能力 4 频率异常时的响应特性 用小型光伏电站移动检测平台对浙江省电力试验研究院 3楼楼顶60kW光伏电站主要开展如下现场试验 1 电压 频率异常时的响应特性测试 2 防孤岛保护特性测试 3 功率输出特性测试 4 电能质量指标测试 如图3 24所示 4 现场检测案例介绍 1 电压 频率异常时的响应特性测试测试工艺 1 测试点应设置在光伏电站或单元发电模块并网点处 2 电压异常测试时 设定电压为额定电压的50 85 110 和135 持续30秒后将并网点处电压恢复为额定值 频率异常测试时 对于小型光伏电站 设定并网点频率为49 5Hz 50 2Hz 持续30秒后恢复 3 通过数字示波器记录被测光伏电站分闸时间和恢复并网时间 4 读取测试数据并进行分析 输出统计报表和测量曲线 测试原理如图3 25所示 图3 25电压 频率扰动响应特性测试原理图 电压异常测试通过电网扰动发生装置设置光伏电站并网点K1处电压幅值分别为额定电压的50 85 110 和135 电网扰动发生装置测试时间持续30秒后将并网点处电压恢复为额定值 通过数字示波器记录被测光伏电站的分闸时间和恢复并网时间 同理 频率异常测试通过电网扰动发生装置设置光伏电站并网点K1处频率为49 5Hz 50 2Hz 电网扰动发生装置测试时间持续30秒后将并网点处频率恢复为额定值 通过数字示波器记录被测光伏电站分闸时间和恢复并网时间 测试结果 1 小于50 欠压测试时 电网扰动装置在一个周波之内衰减到48 电站在68 6ms以后停机 满足标准时间要求 2 50 85 欠压测试时 并网点电压衰减到84 电站在684 25ms以后停机 满足标准时间要求 3 110 135 过压测试时 并网点电压变化到125 电站在762 9ms以后停机 满足标准时间要求 4 大于135 过压测试时 并网点电压变化到135 电站在760 35ms以后停机 不满足标准时间要求 而欠频测试时 电压频率从50Hz减小到48Hz 光伏电站部分逆器停机 过频测试时 电压频率从50Hz增大到51 5Hz 光伏电站部分逆变器停机 2 防孤岛保护特性测试并网逆变器的孤岛效应 现象 是指电网因故障中断供电时逆变器仍向电网传输电能 和本地负载形成一个公共电网系统无法控制的自给供电孤岛 该现象的发生会威胁到电网维修人员的安全 影响配电系统的保护开关动作程序 在重合闸时可能对用电设备造成损坏 因此逆变器应具有防孤岛效应保护功能 防孤岛保护必须同时具备主动式和被动式两种 应设置至少各一种主动和被动防孤岛保护 主动防孤岛效应保护方式主要有频率偏离 有功功率变动 无功功率变动 电流脉冲注入引起阻抗变动等 被动防孤岛效应保护方式主要有电压相位跳动 3次电压谐波变动 频率变化率等 测试工艺 1 防孤岛能力测试应选择辐照良好的时段进行 2 防孤岛能力测试点应设置在光伏电站或单元发电模块并网点处 测量被测光伏电站的有功功率和无功功率输出 3 依次投入防孤岛检测装置的电阻R 电感L 电容C 4 使电阻R消耗的有功功率等于被测电站发出的有功功率 5 使品质因数为1 0 1 流过K2的基波电流小于额定电流的5 6 断开K2 通过数字示波器记录被测光伏电站运行情况 7 若在2s或电网企业指定时间内断开与电网连接 则不再继续测试 8 调节L C 使负载无功功率每次变化 2 每次调节后 通过数字示波器记录被测光伏电站运行情况 若时间呈持续上升趋势 则应继续以2 的增量扩大调节范围 9 直至记录的时间呈下降趋势 输出报表和测量曲线 测试原理 光伏电站正常运行情况下 通过功率测试装置测量被测光伏电站的有功功率和无功功率输出 根据测试功率依次投入防孤岛检测装置的电阻R 电感L 电容C 电阻R消耗的有功功率等于被测电站发出的有功功率 RLC谐振电路的品质因数为1 流过并网总断路器的基波电流小于被测电站输出电流的5 时断开并网断路器 通过数字示波器记录被测光伏电站的分闸时间 如图3 26所示 图3 26防孤岛保护特性测试原理图 测试结果 当各光伏逆变器单独开机并网运行进行防孤岛实验时 某国内品牌逆变器在0 143s时间内停机运行 某国外品牌逆变器在0 163s时间内停机运行 当各品牌光伏并网逆变器同时并网运行进行防孤岛实验时 光伏电站在29 5s时间内停机运行 可以判断出多台不同品牌光伏逆变器同时并网运行对光伏电站的防孤岛保护效应会产生影响 3 功率输出特性测试测试工艺及原理 1 气象参数测试装置的安装位置应能体现被测光伏电站典型气象条件 且不影响被测光伏电站的正常运行 2 功率特性测试点应设在光伏电站并网点处 3 测量测试点的各项气象参数和有功功率输出 参数测量满一天 4 读取测试数据并进行分析 输出统计报表和测量曲线 测试原理如图3 27所示 图3 27有功功率输出特性测试原理图 测试结果 通过一天时间内光伏电站输出功率与总辐射 温度 散射的趋势图 可看出光伏电站功率输出与总辐射的变化趋势是一致的 温度在13 到27 区