大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)下，電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的質(zhì)量要求

:隨著國(guó)內(nèi)光伏電站裝機(jī)規(guī)模的不斷增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)承受的考驗(yàn)也越來(lái)越重。由于光伏發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性與周期性的特點(diǎn)，除卻宏觀層面的質(zhì)量建設(shè)問(wèn)題外，我們改如何從光伏電站的并網(wǎng)性能指標(biāo)、并網(wǎng)質(zhì)量的管控方面加強(qiáng)呢？

在北極星太陽(yáng)能光伏網(wǎng)主辦的“第三屆光伏電站質(zhì)量高峰論壇”上，來(lái)自中國(guó)電力科學(xué)研究新能源部門主任張軍軍就“大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)下，電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的質(zhì)量要求”這一主題與大家作了分享。

光伏并網(wǎng)存在的問(wèn)題

因?yàn)檫@些問(wèn)題也是老生常談了，我們光伏發(fā)電發(fā)展到今天，不論是現(xiàn)在的總裝機(jī)量，還是未來(lái)到2020年或者是更遠(yuǎn)的一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)，我們光伏是被當(dāng)作一個(gè)助力電源來(lái)發(fā)展的，按這種理念去發(fā)展其實(shí)是有很大問(wèn)題的。因?yàn)槲覀児夥l(fā)電規(guī)模還比較小的時(shí)候，它的一些并網(wǎng)性能的指標(biāo)，對(duì)電網(wǎng)到底有什么樣的影響，我們并沒(méi)有深入的去研究。但是當(dāng)我們光伏發(fā)電發(fā)展成為一種主力電源的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)光伏自身一些并網(wǎng)技術(shù)的問(wèn)題，包括了它的資源波動(dòng)性，發(fā)電的隨機(jī)性，以及在發(fā)電電量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性等方面各種各樣的問(wèn)題。特別是電壓的問(wèn)題上，我們針對(duì)青藏直流聯(lián)網(wǎng)，包括西北二通道投運(yùn)的時(shí)候做了大量的人工短路實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了光伏電站里面大量的光伏逆變器出現(xiàn)了脫網(wǎng)的事故。例如：2011年10月，青藏直流人工短路試驗(yàn)，出現(xiàn)逆變器脫網(wǎng)問(wèn)題；2013年11月，在青海開(kāi)展750kV線路人工短路試驗(yàn)，光伏逆變器脫網(wǎng)嚴(yán)重；2015年7月，220kV奪乃Ⅰ線故障，光伏電站大面積脫網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)周波跌至49.2赫茲，損失負(fù)荷29.8兆瓦。

通過(guò)這些現(xiàn)象，通過(guò)技術(shù)進(jìn)行宏觀的技術(shù)總結(jié)，主要?dú)w納四個(gè)方面：

第一個(gè)方面，接入安全方面。剛才也說(shuō)了，光伏發(fā)電在電力系統(tǒng)中的角色已經(jīng)從無(wú)足輕重變?yōu)榕e足輕重，為了降低光伏對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響，需要其在電壓的故障穿越能力、運(yùn)行適應(yīng)性、功率控制能力等方面對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行起到支撐作用，而這也是對(duì)我們大電源提出的要求。這個(gè)要求不只是針對(duì)于光伏發(fā)電來(lái)提的，在常規(guī)電源發(fā)展上，包括對(duì)于火電、水電也都有同樣的要求，這也是一視同仁，因?yàn)楣夥l(fā)電規(guī)模變大了，就要有大的擔(dān)當(dāng)。

第二個(gè)方面，在運(yùn)行控制方面。精確的電網(wǎng)運(yùn)行方式計(jì)算是電網(wǎng)運(yùn)行方式?jīng)Q策的基礎(chǔ)。由于無(wú)光伏電站的精確模型，在進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行方式計(jì)算時(shí)，通常采用等值的替代模型來(lái)進(jìn)行計(jì)算，而等值的替代模型不能客觀準(zhǔn)確反應(yīng)光伏電站的運(yùn)行狀況，隨著裝機(jī)容量的增加，計(jì)算誤差越來(lái)越來(lái)，將直接影響電網(wǎng)運(yùn)行方式?jīng)Q策，給電網(wǎng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)重大影響。

第三個(gè)方面，有效消納方面。對(duì)于光伏發(fā)電的有效消納目前采用“一刀切”的調(diào)控方式來(lái)開(kāi)展，對(duì)電站缺乏有效的發(fā)電能力等級(jí)評(píng)價(jià)體系，對(duì)待發(fā)電性能優(yōu)異的“優(yōu)質(zhì)電源”和發(fā)電性能較差的“劣質(zhì)電源”沒(méi)有區(qū)別對(duì)待，給發(fā)電企業(yè)積極提升發(fā)電質(zhì)量帶來(lái)消極影響。
第四個(gè)方面，入網(wǎng)管理方面。（1）入網(wǎng)審核方面要求不統(tǒng)一；（2）檢測(cè)資質(zhì)方面缺失或不規(guī)范；（3）技術(shù)水平方面參差不齊；（4）管理模式方面低效松散。

光伏并網(wǎng)認(rèn)證模式

從國(guó)外的層面來(lái)看，在國(guó)外裝機(jī)總量很大的國(guó)家，像德國(guó)，也都是通過(guò)并網(wǎng)認(rèn)證的模式來(lái)進(jìn)行管理的，主要的發(fā)展原因還是由于新能源所涉及到的技術(shù)問(wèn)題。由于這些技術(shù)問(wèn)題，國(guó)外的一些國(guó)家如德國(guó)，通過(guò)采用這樣一種并網(wǎng)認(rèn)證的模式，來(lái)加強(qiáng)對(duì)新能源電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的管理?？傮w上來(lái)說(shuō)，主要還是通過(guò)對(duì)并網(wǎng)核心關(guān)鍵部件的并網(wǎng)性能的認(rèn)證，如光伏逆變器、SVG等等這些并網(wǎng)關(guān)鍵部件并網(wǎng)性能的建模仿真，使整個(gè)光伏電站的建模仿真能有一個(gè)良好的基礎(chǔ)技術(shù)。

光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的認(rèn)證包含認(rèn)證申請(qǐng)階段、認(rèn)證實(shí)施階段、認(rèn)證評(píng)價(jià)與決定以及獲證后監(jiān)督等。我主要說(shuō)一下我們的認(rèn)證實(shí)施階段。這塊主要包括逆變器和SVG的現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的型式實(shí)驗(yàn)，初始工廠檢查光伏逆變器的并網(wǎng)性能指標(biāo)開(kāi)展這樣一個(gè)檢測(cè)工作。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的型式實(shí)驗(yàn)和模型參數(shù)的辨識(shí)提取，結(jié)合工廠檢查一系列的結(jié)論，最后對(duì)光伏逆變器的并網(wǎng)性能指標(biāo)給出科學(xué)性的評(píng)判。

這里面針對(duì)于滿足我們并網(wǎng)性能的標(biāo)準(zhǔn)，就是GB/T19964的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)滿足不同的并網(wǎng)性能指標(biāo)，我們給出了相應(yīng)的分級(jí)要求，同時(shí)也結(jié)合著電網(wǎng)的特殊要求。這些特殊要求來(lái)源于一些電網(wǎng)比較薄弱的地區(qū)，像我們?cè)谖鞑?，西藏電網(wǎng)就針對(duì)于光伏電站頻率的適應(yīng)范圍，提出了高于國(guó)標(biāo)要求的指標(biāo)。對(duì)于這種特殊的指標(biāo)我們還有一些特殊的測(cè)試和認(rèn)證要求，最終根據(jù)光伏逆變器所滿足不同技術(shù)指標(biāo)的一個(gè)程度來(lái)給出光伏逆變器并網(wǎng)性能質(zhì)量的評(píng)級(jí)。

對(duì)于光伏電站，依據(jù)光伏逆變器并網(wǎng)性能的技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合光伏電站在現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)試，以及對(duì)于我們整個(gè)電站的建模仿真，通過(guò)對(duì)整個(gè)光伏電站建模仿真的分析，可以給調(diào)度提供一種可用的光伏電站并網(wǎng)接入模型。剛才說(shuō)了，逆變器實(shí)際上是基于MATLAB這樣一個(gè)仿真平臺(tái)做的，在整站仿真的時(shí)候會(huì)把這個(gè)模型轉(zhuǎn)化成目前我們國(guó)家各個(gè)省級(jí)調(diào)度系統(tǒng)可用的BTA或者是綜合程序的模型。

當(dāng)然這里面也是采用了認(rèn)證的模式，現(xiàn)場(chǎng)的工作是結(jié)合著現(xiàn)場(chǎng)檢查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)開(kāi)展的?，F(xiàn)場(chǎng)檢查主要是看并網(wǎng)核心裝備產(chǎn)品的一致性。我們前兩年在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，通過(guò)人工短路方式進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)站的逆變器雖然通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)抽檢的模式，但通過(guò)之后在電壓的展臺(tái)發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)逆變器的脫網(wǎng)現(xiàn)象。通過(guò)我們事后的調(diào)查研究，得出來(lái)這種結(jié)論是：我們?cè)S多逆變器版本的一致性沒(méi)有辦法保障。這次通過(guò)并網(wǎng)認(rèn)證的模式加強(qiáng)了我們對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的逆變器和SVG軟件版本一致性的核查，包括對(duì)于站內(nèi)的二次設(shè)備、繼保、綜合保護(hù)、通信等等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的工作。

一致性核查主要是通過(guò)我們的仿真平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽取我們光伏逆變器SVG的控制板件與在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)了型式實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的板件做對(duì)比，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展這樣一致性的比對(duì)性工作，來(lái)判定我們光伏逆變器在場(chǎng)站內(nèi)使用的是不是就是通過(guò)了我們型式實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)品。并網(wǎng)前，還會(huì)針對(duì)我們整個(gè)場(chǎng)站進(jìn)行相應(yīng)的暫態(tài)分析。這里面包括了有功、無(wú)功、故障等等。

仿真的內(nèi)容包括了電網(wǎng)在大、小方式下所有工況的暫態(tài)仿真工作，包括了有功功率的變化、無(wú)功的裝置，就是剛剛說(shuō)的SVG的工作，包括了電壓和電能質(zhì)量的仿真。通過(guò)仿真之后，判定光伏電站能夠滿足我們電網(wǎng)的相關(guān)接入標(biāo)準(zhǔn)的要求之后，我們給予整個(gè)電站授予一個(gè)并網(wǎng)認(rèn)證的證書(shū)。

光伏并網(wǎng)認(rèn)證案例

下面說(shuō)一下案例，截取的是比較典型的在大同領(lǐng)跑者基地里面在用的產(chǎn)品，因?yàn)檎麄€(gè)大同領(lǐng)跑者基地1個(gè)GW都是用這種模式來(lái)授予并網(wǎng)能力的。首先我們針對(duì)華為的一款50KW的組串式逆變器的產(chǎn)品，在2016年開(kāi)展了剛才所說(shuō)的并網(wǎng)認(rèn)證的工作，針對(duì)產(chǎn)品的型式實(shí)驗(yàn)、工廠檢查、證書(shū)的頒發(fā)。我們?cè)诖笸?3家業(yè)主單位當(dāng)中選取了一家比較有典型性的中廣核100MW的電站，我們針對(duì)這個(gè)電站開(kāi)展了檢查工作，核心并網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)的一致性核查。我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)隨機(jī)抽取的模式帶回到實(shí)驗(yàn)室一部分主控板件，跟我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品比對(duì)進(jìn)行一致性核查，然后針對(duì)整站，結(jié)合我們并網(wǎng)逆變器的模型參數(shù)辨識(shí)的結(jié)果，來(lái)開(kāi)展整站并網(wǎng)性能的仿真評(píng)價(jià)工作。針對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的有功、無(wú)功控制能力、電能質(zhì)量等等開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作。

結(jié)合著我們前面四步所輸出的結(jié)果，我們最終對(duì)整個(gè)電站的并網(wǎng)性能給出了一個(gè)綜合性的評(píng)價(jià)。

光伏并網(wǎng)認(rèn)證展望

并網(wǎng)認(rèn)證這種模式，作為新的并網(wǎng)管控質(zhì)量模式的提出，后面還有很多的路要走，我們?cè)谏轿鞔笸_(kāi)展了并網(wǎng)認(rèn)證的工作，從今年第二批的領(lǐng)跑者基地里面，像芮城和陽(yáng)泉也會(huì)繼續(xù)采用這種模式，同時(shí)在其他的省份也陸續(xù)開(kāi)展試點(diǎn)性的工作。像從今年開(kāi)始，我們浙江全省的大型地面光伏電站也全部采取了并網(wǎng)認(rèn)證的模式，西藏也逐步在做試點(diǎn)，目前西藏已經(jīng)有三個(gè)站開(kāi)展了這樣一個(gè)并網(wǎng)認(rèn)證的試點(diǎn)，從明年開(kāi)始西藏也將全面開(kāi)展光伏電站的并網(wǎng)認(rèn)證的模式。在三個(gè)省份我們?cè)圏c(diǎn)完成之后，可能會(huì)在2018年或者2019年在全國(guó)或者國(guó)網(wǎng)公司的轄區(qū)內(nèi)全面推廣并網(wǎng)認(rèn)證的模式。我們認(rèn)為并網(wǎng)認(rèn)證的模式第一是和國(guó)際接軌的，第二也是適用于中國(guó)國(guó)情的。對(duì)于我們?cè)诠夥娬静⒕W(wǎng)性能質(zhì)量的管控上面，以及對(duì)并網(wǎng)性能質(zhì)量的評(píng)級(jí)上，希望根據(jù)評(píng)級(jí)的結(jié)果來(lái)使大家有一個(gè)明確的認(rèn)知。因?yàn)槲覀冎垃F(xiàn)在在短時(shí)間內(nèi)，特別是在西北地區(qū)，限電應(yīng)該是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)面臨的一種狀況，根據(jù)并網(wǎng)質(zhì)量的評(píng)級(jí)結(jié)果可能會(huì)給大家做一個(gè)分級(jí)限電的工作，這也就是目前我們開(kāi)展并網(wǎng)認(rèn)證的這種質(zhì)量管控的現(xiàn)實(shí)的意義所在吧。