光伏電站的施工與維護(hù)任務(wù).光伏電站的并網(wǎng)檢測PPT課件

任務(wù)3 3光伏電站的并網(wǎng)檢測 內(nèi)容提要 簡介光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響和國內(nèi)外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 在已知國家電網(wǎng)關(guān)于光伏并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定的前提下 著重敘述了光伏發(fā)電的并網(wǎng)檢測內(nèi)容和并網(wǎng)檢測技術(shù) 3 3 1光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響3 3 2國內(nèi)外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)介紹3 3 3光伏發(fā)電的并網(wǎng)檢測 主要內(nèi)容 3 3 1光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響 我國的太陽能光伏發(fā)電呈現(xiàn)出 大規(guī)模集中開發(fā) 中高壓接入 與 分散開發(fā) 低壓就地接入 并舉的發(fā)展趨勢 大型電站形式即分布式電源形式 2010年底達(dá)89 3萬千瓦 2011年達(dá)300萬千瓦 如圖3 10所示 圖3 10光伏電站的圓形分布圖 1 光照資源的性質(zhì) 光照資源的隨機(jī)性 間歇性 周期性三個性質(zhì)是光伏電站對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的最主要因素 如圖3 11所示 a 晴天 b 多云天氣 c 一周 圖3 11氣候?qū)敵龉β实挠绊懬€ 2 電能質(zhì)量問題 電能質(zhì)量有兩個問題 一是光伏發(fā)電通過電力電子逆變器并網(wǎng) 易產(chǎn)生諧波 三相電流不平衡 輸出功率隨機(jī)性易造成電網(wǎng)電壓波動 閃變 二是建筑光伏直接在用戶側(cè)接入電網(wǎng) 電能質(zhì)量問題直接影響用戶的電氣設(shè)備安全 3 電網(wǎng)調(diào)頻與經(jīng)濟(jì)運行的問題 電網(wǎng)調(diào)頻與經(jīng)濟(jì)運行也有兩個問題 一是太陽能資源具有間歇性 周期性 波動性 周期性等特點 當(dāng)光伏發(fā)電在電源中的比例不斷增大的時候 對電網(wǎng)調(diào)峰的影響將愈加顯著 二是光伏發(fā)電只在白天發(fā)電 具有一定的正調(diào)峰特性 4 大電網(wǎng)穩(wěn)定控制問題 采用 集中開發(fā) 高壓送出 模式開發(fā)的大規(guī)模光伏電站多集中于西北 華北等日照資源豐富的荒漠 半荒漠地區(qū) 而這些地區(qū)一般地域范圍廣而本地負(fù)荷小 光伏電站的電力需要遠(yuǎn)距離輸出 隨著光伏電站的規(guī)模加大 光照短期波動和周期性變化引起的線路電壓超限現(xiàn)象將逐步出現(xiàn) 電壓穩(wěn)定性逐步突出 5 配電網(wǎng)的運行控制問題 配電網(wǎng)的運行控制根本原因在于兩方面 第一 我國的中 低壓配電網(wǎng)主要是中性點不接地 或經(jīng)消弧線圈接地 系統(tǒng) 采用單側(cè)電源輻射性供電網(wǎng)絡(luò) 第二 光伏電源接入配電網(wǎng) 使配電系統(tǒng)從放射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu) 潮流和短路電流大小 流向以及分布特性均發(fā)生改變 1 電壓調(diào)節(jié)問題原有的調(diào)節(jié)方案不能滿足接入分布式電源后配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)要求 2 繼電保護(hù)問題注意以下幾點 1 導(dǎo)致本線路保護(hù)的靈敏度降低及拒動 2 導(dǎo)致本線路保護(hù)誤動 3 導(dǎo)致相鄰線路的瞬時速斷保護(hù)誤動并失去選擇性 4 導(dǎo)致重合閘不成功 3 孤島引起的安全問題1 線路維護(hù)人員人身安全受到威脅 2 與孤島地區(qū)相連的用戶供電質(zhì)量受到影響 頻率和電壓偏出正常運行范圍 3 孤島內(nèi)部的保護(hù)裝置無法協(xié)調(diào) 4 電網(wǎng)供電恢復(fù)后會造成相位不同步 5 孤島電網(wǎng)與主網(wǎng)非同步重合閘造成操作過電壓 6 單相分布式發(fā)電系統(tǒng)會造成系統(tǒng)三相負(fù)載欠相供電 例如 西班牙3MW光伏電站項目 采用3個逆變器廠家的多種型號小型光伏逆變器并聯(lián)運行 在真實電網(wǎng)故障的情況下電站繼續(xù)運行 后帶負(fù)荷人為重現(xiàn)此現(xiàn)象 如圖3 12所示 圖3 12西班牙3MW光伏電站項目生產(chǎn)的孤島現(xiàn)象 4 配電網(wǎng)的監(jiān)控通信我國的配電網(wǎng)的信息自動化水平相對落后 10KV及以下低壓線路一般不具備通信通道 光伏發(fā)電帶來的雙向計量計費問題等 3 3 2配電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計 1 增加了電力負(fù)荷的預(yù)測難度2 加大了配電網(wǎng)規(guī)劃的不確定性3 提高了配電網(wǎng)規(guī)劃適應(yīng)性要求 3 3 3對電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性的影響 1 降低配電網(wǎng)設(shè)備利用率2 增加電網(wǎng)運行成本 3 3 4國內(nèi)外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)介紹1 國內(nèi)光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 1 針對小型光伏電站的標(biāo)準(zhǔn)有三個標(biāo)準(zhǔn) GB T20046 2006光伏 PV 系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性 IEC61727 2004光伏 PV 系統(tǒng) 電網(wǎng)接口特性 IEC61727 2004光伏 PV 系統(tǒng) 電網(wǎng)接口特性 2 針對大規(guī)模光伏電站的指導(dǎo)性文件至今尚無標(biāo)準(zhǔn) 2 國外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 1 美國針對分布式發(fā)電的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) IEEE1547全稱為 IEEE1547SeriesofInterconnectionStds 是一針對分布式發(fā)電的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 不限于光伏 其中做出了一些典型的技術(shù)要求 2 德國針對接入中壓電網(wǎng)分布式電源的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如對電網(wǎng)的支撐能力有如下典型技術(shù)要求 1 tostayconnectedduringafaul 故障時保持并網(wǎng) 在電壓跌落到0時 至少要堅持150ms不脫網(wǎng) 在紅實線以下的區(qū)域 可以脫網(wǎng)運行 當(dāng)然能并網(wǎng)運行也是可以的 如圖3 13所示 圖3 13電壓隨時間的變化曲線 2 tosupportthevoltagebyprovidingreactivepowerduringthefault 故障時通過發(fā)出無功支撐電網(wǎng)電壓 當(dāng)電壓跌落超過10 時 每1 的電壓跌落 至少要提供2 的無功電流 響應(yīng)速度應(yīng)在20ms之內(nèi) 必要時 必須能夠提供100 的無功電流 3 ActivePowerControl 有功功率控制 4 StaticGridSupportbyReactivePowerControl 通過無功功率控制為電網(wǎng)提供靜態(tài)支撐 3 光伏發(fā)電的并網(wǎng)檢測 1 檢測中心建設(shè)背景及檢測能力1 關(guān)于 國家能源太陽能發(fā)電研發(fā) 實驗 中心 該中心是在國家電網(wǎng)公司高度重視新能源的開發(fā)利用的形式下建設(shè)的 如圖3 14所示 2 中心的光伏發(fā)電檢測能力對小型光伏電站具有以下五方面的檢測能力 防孤島保護(hù)性能 電壓 頻率響應(yīng)特性 功率輸出特性 電能質(zhì)量指標(biāo) 功率因數(shù)指標(biāo) 對大中型光伏電站也具有以下六方面的檢測能力 有功控制性能 無功調(diào)節(jié)能力 功率輸出特性 電能質(zhì)量指標(biāo) 低電壓耐受能力 防孤島保護(hù)性能 2 光伏電站并網(wǎng)檢測技術(shù)該技術(shù)使用可移動檢測平臺即跟蹤電站 該檢測平臺能夠完成光伏并網(wǎng)電站的電壓 頻率響應(yīng)特性 防孤島保護(hù)特性 功率輸出特性 電能質(zhì)量指標(biāo)以及光伏電站通用性能指標(biāo)的現(xiàn)場檢測 3 光伏電站并網(wǎng)檢測方案1 小型光伏電站現(xiàn)場檢測小型光伏電站檢測平臺搭建在一臺40英尺標(biāo)準(zhǔn)箱式集控車內(nèi) 滿足公路運輸標(biāo)準(zhǔn) 整個集裝箱分為主設(shè)備室和集控室兩部分 如圖3 15所示 圖3 15小型光伏電站移動檢測平臺結(jié)構(gòu)圖 其中主設(shè)備室內(nèi)搭建有300kVA電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置 如圖3 16所示 200kW防孤島檢測裝置 如圖3 17所示 等5個部件 圖3 16300kVA電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置 圖3 17200kW防孤島檢測裝置 集控室內(nèi)搭建有車載集控系統(tǒng) 如圖3 18所示 現(xiàn)場氣象參數(shù)測量裝置 如圖3 19所示 等4個部件 圖3 18車載集控系統(tǒng) 圖3 19現(xiàn)場氣象參數(shù)測量裝置 2 大中型光伏電站現(xiàn)場檢測大中型光伏電站現(xiàn)場檢測平臺是一臺廂式集控車和六臺具有20英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱的測試車的模塊化組合 其中集控車上所安裝的車載集控系統(tǒng) 滿足光伏電站現(xiàn)場檢測時的現(xiàn)場監(jiān)視 現(xiàn)場控制 實驗保護(hù) 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)分析 曲線繪制 報表輸出等綜合功能 包括 琴式操作臺 配電隔離變壓器 配電柜等 如圖3 20所示 圖3 20琴式操作臺和配電柜 圖3 21接線現(xiàn)場部分儀器設(shè)備 如圖3 21所示為接線現(xiàn)場部分儀器設(shè)備 3 并網(wǎng)光伏逆變器的檢測依據(jù)IEC IEEE UL VDE等相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)和我國現(xiàn)有和即將出臺的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 應(yīng)具備對MW級光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行檢測的能力 同時也要為并網(wǎng)光伏設(shè)備制造商提供電壓 頻率響應(yīng)特性 防孤島性能以及低電壓耐受能力等常規(guī)條件無法完成的測試服務(wù) 如圖3 22所示 圖3 22并網(wǎng)光伏逆變器檢測實物接線圖 對并網(wǎng)光伏逆變器的檢測內(nèi)容包括并網(wǎng)性能檢測和通用技術(shù)檢測兩方面 前者包括5項測試 電能質(zhì)量檢測 有功和無功控制性能 防孤島保護(hù)性能 電壓頻率響應(yīng)特性 低電壓耐受能力 后者包括4項測試 最大功率跟蹤性能測試 效率測試 噪音 振動等環(huán)境測試 電磁兼容測試 如圖3 23所示 測試中有可能發(fā)現(xiàn)以下問題 1 低電壓穿越功能 2 有功功率調(diào)節(jié)能力 3 無功功率調(diào)節(jié)能力 4 頻率異常時的響應(yīng)特性 用小型光伏電站移動檢測平臺對浙江省電力試驗研究院 3樓樓頂60kW光伏電站主要開展如下現(xiàn)場試驗 1 電壓 頻率異常時的響應(yīng)特性測試 2 防孤島保護(hù)特性測試 3 功率輸出特性測試 4 電能質(zhì)量指標(biāo)測試 如圖3 24所示 4 現(xiàn)場檢測案例介紹 1 電壓 頻率異常時的響應(yīng)特性測試測試工藝 1 測試點應(yīng)設(shè)置在光伏電站或單元發(fā)電模塊并網(wǎng)點處 2 電壓異常測試時 設(shè)定電壓為額定電壓的50 85 110 和135 持續(xù)30秒后將并網(wǎng)點處電壓恢復(fù)為額定值 頻率異常測試時 對于小型光伏電站 設(shè)定并網(wǎng)點頻率為49 5Hz 50 2Hz 持續(xù)30秒后恢復(fù) 3 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站分閘時間和恢復(fù)并網(wǎng)時間 4 讀取測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析 輸出統(tǒng)計報表和測量曲線 測試原理如圖3 25所示 圖3 25電壓 頻率擾動響應(yīng)特性測試原理圖 電壓異常測試通過電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置設(shè)置光伏電站并網(wǎng)點K1處電壓幅值分別為額定電壓的50 85 110 和135 電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置測試時間持續(xù)30秒后將并網(wǎng)點處電壓恢復(fù)為額定值 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站的分閘時間和恢復(fù)并網(wǎng)時間 同理 頻率異常測試通過電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置設(shè)置光伏電站并網(wǎng)點K1處頻率為49 5Hz 50 2Hz 電網(wǎng)擾動發(fā)生裝置測試時間持續(xù)30秒后將并網(wǎng)點處頻率恢復(fù)為額定值 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站分閘時間和恢復(fù)并網(wǎng)時間 測試結(jié)果 1 小于50 欠壓測試時 電網(wǎng)擾動裝置在一個周波之內(nèi)衰減到48 電站在68 6ms以后停機(jī) 滿足標(biāo)準(zhǔn)時間要求 2 50 85 欠壓測試時 并網(wǎng)點電壓衰減到84 電站在684 25ms以后停機(jī) 滿足標(biāo)準(zhǔn)時間要求 3 110 135 過壓測試時 并網(wǎng)點電壓變化到125 電站在762 9ms以后停機(jī) 滿足標(biāo)準(zhǔn)時間要求 4 大于135 過壓測試時 并網(wǎng)點電壓變化到135 電站在760 35ms以后停機(jī) 不滿足標(biāo)準(zhǔn)時間要求 而欠頻測試時 電壓頻率從50Hz減小到48Hz 光伏電站部分逆器停機(jī) 過頻測試時 電壓頻率從50Hz增大到51 5Hz 光伏電站部分逆變器停機(jī) 2 防孤島保護(hù)特性測試并網(wǎng)逆變器的孤島效應(yīng) 現(xiàn)象 是指電網(wǎng)因故障中斷供電時逆變器仍向電網(wǎng)傳輸電能 和本地負(fù)載形成一個公共電網(wǎng)系統(tǒng)無法控制的自給供電孤島 該現(xiàn)象的發(fā)生會威脅到電網(wǎng)維修人員的安全 影響配電系統(tǒng)的保護(hù)開關(guān)動作程序 在重合閘時可能對用電設(shè)備造成損壞 因此逆變器應(yīng)具有防孤島效應(yīng)保護(hù)功能 防孤島保護(hù)必須同時具備主動式和被動式兩種 應(yīng)設(shè)置至少各一種主動和被動防孤島保護(hù) 主動防孤島效應(yīng)保護(hù)方式主要有頻率偏離 有功功率變動 無功功率變動 電流脈沖注入引起阻抗變動等 被動防孤島效應(yīng)保護(hù)方式主要有電壓相位跳動 3次電壓諧波變動 頻率變化率等 測試工藝 1 防孤島能力測試應(yīng)選擇輻照良好的時段進(jìn)行 2 防孤島能力測試點應(yīng)設(shè)置在光伏電站或單元發(fā)電模塊并網(wǎng)點處 測量被測光伏電站的有功功率和無功功率輸出 3 依次投入防孤島檢測裝置的電阻R 電感L 電容C 4 使電阻R消耗的有功功率等于被測電站發(fā)出的有功功率 5 使品質(zhì)因數(shù)為1 0 1 流過K2的基波電流小于額定電流的5 6 斷開K2 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站運行情況 7 若在2s或電網(wǎng)企業(yè)指定時間內(nèi)斷開與電網(wǎng)連接 則不再繼續(xù)測試 8 調(diào)節(jié)L C 使負(fù)載無功功率每次變化 2 每次調(diào)節(jié)后 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站運行情況 若時間呈持續(xù)上升趨勢 則應(yīng)繼續(xù)以2 的增量擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍 9 直至記錄的時間呈下降趨勢 輸出報表和測量曲線 測試原理 光伏電站正常運行情況下 通過功率測試裝置測量被測光伏電站的有功功率和無功功率輸出 根據(jù)測試功率依次投入防孤島檢測裝置的電阻R 電感L 電容C 電阻R消耗的有功功率等于被測電站發(fā)出的有功功率 RLC諧振電路的品質(zhì)因數(shù)為1 流過并網(wǎng)總斷路器的基波電流小于被測電站輸出電流的5 時斷開并網(wǎng)斷路器 通過數(shù)字示波器記錄被測光伏電站的分閘時間 如圖3 26所示 圖3 26防孤島保護(hù)特性測試原理圖 測試結(jié)果 當(dāng)各光伏逆變器單獨開機(jī)并網(wǎng)運行進(jìn)行防孤島實驗時 某國內(nèi)品牌逆變器在0 143s時間內(nèi)停機(jī)運行 某國外品牌逆變器在0 163s時間內(nèi)停機(jī)運行 當(dāng)各品牌光伏并網(wǎng)逆變器同時并網(wǎng)運行進(jìn)行防孤島實驗時 光伏電站在29 5s時間內(nèi)停機(jī)運行 可以判斷出多臺不同品牌光伏逆變器同時并網(wǎng)運行對光伏電站的防孤島保護(hù)效應(yīng)會產(chǎn)生影響 3 功率輸出特性測試測試工藝及原理 1 氣象參數(shù)測試裝置的安裝位置應(yīng)能體現(xiàn)被測光伏電站典型氣象條件 且不影響被測光伏電站的正常運行 2 功率特性測試點應(yīng)設(shè)在光伏電站并網(wǎng)點處 3 測量測試點的各項氣象參數(shù)和有功功率輸出 參數(shù)測量滿一天 4 讀取測試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析 輸出統(tǒng)計報表和測量曲線 測試原理如圖3 27所示 圖3 27有功功率輸出特性測試原理圖 測試結(jié)果 通過一天時間內(nèi)光伏電站輸出功率與總輻射 溫度 散射的趨勢圖 可看出光伏電站功率輸出與總輻射的變化趨勢是一致的 溫度在13 到27 區(qū)