光伏高比例接入应对技术白皮书

固德威技术股份有限公司丨解决方案中心2023年5月光伏高比例接入应对技术白皮书01.报告背景02.光伏高比例接入当前主要问题1. 影响配电电压水平及增加调压难度2. 影响电网电能质量3. 影响配网自动化保护4. 对电力市场交易的影响5. 对电网调度业务的影响03.光伏高比例接入应对策略1. 改善设备对弱电网的适应性2. 积极响应电网调控手段3. 采用新型接入方案4. 合理配置储能5. 积极部署应用层04.总结与展望0304040404040506060910121619CONTENTS目录光伏高比例接入应对技术白皮书0201.报告背景新型电网是以光伏发电、风力发电等新能源和火力发电等传统能源结合的形式，由于新能源具备随机性、波动性和间隙性，导致了新型电力系统呈现出“一低、两高、双峰、双随机”的特点，即低系统转动惯量、高比例新能源和高比例电力电子装备、夏冬负荷双高峰、发电出力和用电负荷双侧随机波动，给电力系统稳定运行带来了挑战。本文主要探讨光伏高比例接入对电网的影响，同时分享固德威在应对光伏高比例接入应对方面所采用的技术与经验。光伏高比例接入应对技术白皮书03分布式光伏高渗透及电力电子比例升高，对谐波、电压、闪变、三相不平衡等电能质量指标产生不利影响。因此分布式光伏以及整个县域整县推进应开展电能质量检测和治理，保证正常状态下的电能质量，尤其是谐波电流的超标。02. 光伏高比例接入当前主要问题多元、互动、灵活的用能设备大量接入对配电网运行控制、终端电能质量等造成重大影响。分布式能源、储能、电动汽车、智能用电等大量交互式设备接入，导致电网潮流方向发生改变，电压分布、谐波等影响配电网电能质量，终端无序用电将会增大净负荷峰谷差，功率波动问题更加突出。配电网对光伏的接纳能力和消纳能力面临严峻考验，安全稳定运行受到影响，主要表现在以下几个方面：分布式光伏接入配电网末端，出力高发时段容易抬升并网点电压，直接影响周边用户用电质量，甚至导致部分负载无法正常工作，同时并网点电压过高会导致分布式光伏脱网。高渗透的分布式光伏发电功率受天气影响间隙性大幅波动，导致光伏出力波动较大，会造成10kV/35kV母线电压的跳变，影响大电网的稳定性。光伏高比例接入将配电网单向潮流改变为往复潮流，单端保护适用范围受到影响，双端或多段保护将广泛应用。譬如四象限的无功补偿控制器、电能表等；其次是重合闸、备自投、主变保护、线路保护及解列装置相互配合更加复杂。大量分布式电源，加大电网预测难度，给电网负荷和潮流带来极大的随机性和波动性，将对现货市场中母线负荷预测准确度产生较大影响，预测偏差将影响日前市场和实时市场价格。1. 影响配电电压水平及增加调压难度2. 影响电网电能质量3. 影响配网自动化保护4. 对电力市场交易的影响04光伏高比例接入应对技术白皮书光伏高比例接入应对技术白皮书055. 对电网调度业务的影响一是调度对象日益多元化。随着配网新业态的发展，地调、县调的调度对象从传统的供电设备和大用户，向储能、微电网、虚拟电厂等新型负荷侧可控资源快速发展，形成了巨大的挑战。二是电网负荷调节能力亟待提升。新能源快速增长，导致了电网运行面临系统安全、新能源弃光等突出问题，亟需引导负荷参与到电网调节，提升电网调节能力，尤其是新能源充电桩、换电站的投入。三是源网荷储协同控制的要求更加迫切。分布式电源和储能设备基本部署在中低配电网，配网调度需覆盖到中低配电网设备，调度技术支撑手段应加强源网荷储协同控制功能建设，统筹主网运行要求和配网负荷控制功能。四是相关技术的成熟度，源网荷储各类信息采集不足，数据治理、分析应用仍需加强。分布式电源功率预测水平不足，缺乏精准的分布式发电功率预测，大量分布式电源有很强随机性，将对电网阻塞管理和调频备用等多方面提出更高的要求。03.光伏高比例接入应对策略固德威作为一家深耕电力电子领域多年的高新技术企业，对光伏逆变器、储能变流器接入电网的特性进行了大量、深入、细致的研究，结合行业的发展，提出以下几点应对措施：光伏逆变器作为电力电子设备，发电功率控制完全依赖于软件控制算法，其输出电压及频率由外电路（电网）决定，当多个光伏电站沿一条长距离线路传输，叠加的电流会在线路上产生很大的压降，导致逆变器并网端电压快速上升，当电压超过法规允许电压时，逆变器无法工作，通过对逆变器的安规电压进行调整（通常安规电压不能高于电网要求），可以让逆变器在更高的交流电压下持续工作。弱网条件下的单机高阻抗谐振或者多机并联谐振会引起逆变器输出电流震荡，电感声响异常；输出特性变差，严重的会导致逆变器过流脱网。1.1 逆变器调压技术1.2 逆变器谐振抑制技术1.改善设备对弱电网的适应性U10.38kv10kv电网光伏电站1光伏电站2光伏电站XU2Ux光伏高比例接入应对技术白皮书06多机并联谐振原因有以下几点：① 多机并网逆变器系统中，单个并网逆变器大都采用无隔离变压器的拓扑结构，且一般采用LCL滤波器，后面的L为等效电感。采用LCL滤波器的设计会使逆变器系统频带中存在谐振频率点。② 无隔离变压器的拓扑结构客观上又建立了多逆变器间的关联与耦合，其中各自逆变器的LCL滤波回路相互的关联以及线路上分布参数阻抗的影响，使多逆变器的输出回路构成了一个复杂的高阶电网络。这一高阶电网络的存在不仅会导致逆变器输出谐波电流放大，严重时则可能会导致多逆变器并联系统的谐振。③ 随着并网发电系统穿透率的提升，公共连接点(points of common connection，PCC)阻抗的变化会使PCC处的电压对功率波动更加敏感，而PCC处的电压波动又可能导致局部逆变器并网系统的谐振，这一局部逆变器并网系统的谐振又可能进一步导致全局并网系统谐振的发生。解决这一问题的方案是逆变器软件中增加了智能有源阻尼抑制算法，一种既保证正常情况下的输出特性，又能保证高阻抗等谐振状态下系统的稳定性的谐振抑制方法，得以较好的解决了弱网条件下谐振的问题。图：并网逆变器多机并联运行07CBA10kV/35KV10kV/400V400V400V10kV/400V10kV线路阻抗线路阻抗光伏并网逆变器1光伏并网逆变器N并网逆变器集群1并网逆变器集群N光伏并网逆变器1光伏并网逆变器N光伏高比例接入应对技术白皮书1.3 从“适应电网”到“支撑电网”我国最新发布的GB 38755-2019电网安全稳定导则中，用“短路比”（Short Circuit Ratio，缩写SCR）描述新能源电站并网点的电网强弱，其定义为：“电网同步短路容量与电站装机容量的比值”，SCR越高电网越坚强，SCR越低电网越脆弱。在较低的SCR情况下，逆变器注入的任何扰动都将被弱电网放大。因此电站保持稳态运行、维持电能质量、完成暂态故障穿越显得非常重要。任何一方面性能不达标，都有可能导致电站无法并网，或者频繁遭遇限发的局面。在新能源渗透率急速提高的背景下，改进逆变器的控制性能，使之与弱电网特征相匹配，甚至更好的去支撑电网。 新国标GB/T 37408-2019技术规范标准较之前使用版本，强化了高穿有功稳定性、高低电压穿越能力、频率适应性等电网适应性要求，提高了准入门槛，逆变器能适应西北、西南电网HVDC(特高压直流)新能源送出要求，更有利于光伏并