分布式光伏智慧解决方案的X项黑科技

w w w . su n g r o w p o w e r . co m 分布式光伏智慧解决方案的X项黑科技 张彦虎 博士 2016.03.22w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 分布式光伏系统应用在加宽 1 . 智慧光伏解决方案的X项黑科技 2 . 典型应用案例分享 3 . 目 录 2w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 3 分布式光伏电站将越来越多 数据来源：IHS 2015 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 9 2 0 2 0 3 0 G W 4 8 G W 1 2 0 G W 1 5 0 G W  到2020年，光伏装机容量将达到150GW，平均每年以20GW的装机容量递增，约40%为分布 式，60%为大型地面电站。到2030年，装机达到400GW，年平均装机25GW. w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 4 分布式光伏电站类型 4 • 1 0 k V / 3 5 K V并网，容量大于 3 0 0 k W • 3 8 0 V并网，容量 3 0 0 k W左右 • 2 2 0 V或 3 8 0 V并网，容量在 8 k W以下 工业屋顶 商业屋顶 户用屋顶 荒山荒地 鱼塘、湖泊 农业大棚 • 1 0 k V / 3 5 K V并网，容量小于 2 0 M W • 1 0 k V / 3 5 K V并网，容量小于 2 0 M W • 1 0 k V / 3 5 K V并网，容量小于 2 0 M Ww w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 5 分布式光伏系统应用在加宽 1 . 智慧光伏解决方案的X项黑科技 2 . 典型应用案例 3 . 目 录 5w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 6 挑战1：功率因数下降导致的罚款  某厂区，5MW光伏电站并网后，导致功率因数下降，月度功率因数为0.509，罚款金额超过 发电收益w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 7 功率因数为什么会下降呢，因为光伏发的有功在增加 典型一次接线图 电网考核点 光伏并网点 原有配电房 无功补偿点  目前的政策鼓励“自发自用，余量上网”模式，因此光伏电站需要接入产权分界点的下端  现有的电价政策是按照并网点功率因数考核无功，且计算功率因数时，电网倒送电的有功按0计算 供电公司使用的功率因数是根据统计的电度量 计算出来的，供电公司的计算公式如下： 其中： P L o a d 表示月正向有功电度量（从电网消 耗的有功，倒送电的有功不算），ΔQ表示月总 无功电度量，是正向无功电度量和反向无功电 度量的绝对值之和。 当P L o a d =2， ΔQ =1，PF=2/sqrt(5) 当P L o a d =1， ΔQ =1，PF=1/2 2 2 L o a d L o a d P P F P Q   w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 8 传统功率因数下降解决办法及问题 典型一次接线图 原有解决方案：在光伏并网点安装SVG; 存在问题： • 没有地方放置SVG。 分布式电站一般场地空间较小，原有配 电房没有空间安装SVG； • 容量要求更高，增加成本。容量要求高，比大型电站20-30% 电站容量的SVG要高，增加投资； • SVG装置存在电量损耗。部分时间SVG空载时存在一定的电 量消耗； • 需要配备AVC装置，增加成本。控制较为复杂，大电站一般 采用专用的AVC进行无功调度，但对于单个电站容量较小的 分布式成本太高 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 9 分布式功率因数控制新方案及案例 典型一次接线图 某分布式光伏电站，未利用逆变器SVG功能前，并网 点功率因素平均值为0.509，且波动明显，导致罚款  无功调节装置通过采集并网点（产权分界点）的 功率因素，与目标的功率因素值进行比较分析， 输出指令对逆变器进行无功控制 产权分界点 系统增加自动功率因数控制，且利用逆变器SVG功能 后，月度功率因数为0.972 ，满足电网要求 方案 案例 （该方案已成熟应用于30+电站）w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 0 逆变器具备SVG功能及快速响应能力，物尽其用  无功容量：逆变器功率因数-0.9-+0.9之间连续可调，输出 1250kW有功时可同时发600kVar无功，占比50%；  无功模式：逆变器可根据实际电网电压，按照Q-U曲线发相应 的无功功率 ，也可以根据调度指令发无功，“自动电压-无功 控制模式”与“调度模式”可选  响应时间：满足电网30ms快速响应调度的要求  节省投资：100MW电站，按照20%容量配置 SVG，需要20MVA，由逆变器替代，可节省约 200万元，实际分布式容量要求更高。  减少电量损失：减少SVG待机时引起的空载损耗。w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 1 专为分布式应用而开发的智能无功控制器，替代AVC w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 2 特点与挑战：农网环境很差，并网后出现电压波动 农村地区电网相对较弱，光伏并网后，可能会出现三相不平衡，电网波动剧烈等异常情况 处 于 电 网 末 端 ， 电 网 电 压 波 动 剧 烈 电 动 机 点 焊 机 电 网 电 压 三 相 不 平 衡 ， 国 标GB/T 15543 限 值 要 求2%w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 3 欧洲的做法，逆变器参与电网调节，有功调频，无功调压 自动有功控制（P(f)） 自动无功控制（Q(u)）,多种方式可选w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 4 利用逆变器SVG功能的设计边界 典型一次接线图 1、控制光伏系统的渗透率 光伏发电渗透率的定义：渗透率（%）=光伏系 统交流输出容量/峰值负荷 标准规定的分布式接入容量： 接入电网的分布式电源装机容量不宜超过上一 级变压器供电区域内最大允许负荷的25%。 不同规模的分布式电源通过不同电压等级接入 电网；通过220V电压单相单点接入装机容量不 宜超过15kW，通过380V电压三相单点接入的 装机容量不宜超过200kW。分布式电源具备多 个电压等级接入条件时，宜优先采用低电压等 级接入。 2、由下面计算公式可以计算：要保证功 率因数大于0.95，需要确保厂区内每个月 从电网消耗的有功电度大于无功容量的3 倍，即ΔP3ΔQ 3、具体系统配置及控制方案设计，需要 结合厂区内负荷情况、无功容量等因素综 合确定， 4、考虑到系统收益，当厂区内负荷比较 小，而光伏装机又很大的一些项目，如物 流公司，也可以采取就近售电的方式。 2 2 P P F P Q     w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 5 挑战2： 高湿环境，PID衰减引起巨大的发电量损失  典型案例： 抽取某屋顶电站9-1区、10-1区及10-2区，逆变器无PID防护，自2013年9月并网以来，发 生PID组件比例为24.5%，平均功率衰减为34.8% 抽取电站样本容量 1.6MW 组件数量 6720 发生PID组件数量 1645 发生PID比例 24.50% 标称功率（W） 240 PID组件平均功率（W） 156.5 PID最低功率（W） 31W PID组件平均功率衰减（%） 34.80% PID衰减后EL照片 PID衰减前EL照片w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 6 逆变器集成PID防护功能，传统的负极接地方案 集中式负极接地方案 组串式负极接地方案 利用二极管单相导电性，将PV-钳位至对地零电位 当PV1电压大于PV2电压，由于二极管VD2单相 导电性抑制内部环流，PV1负极钳位至地零电位， VD2截止，将PV2负极抬为对地正电位。  接地线缆穿过漏电流传感器，一旦发现漏电 流过大，停机报故障。  要求交流侧升压变压器原边中性点切不可 接地w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 7 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 逆变器集成PID防护功能，基于虚拟电位的技术方案  通过电阻构造虚拟中性点，实时抬 升中性点电压，等效抬升直流PV-对 地电压（两者等电位）  实时采集PV-对大地电压，实时控 制，闭环调节，在线抬升，保证PV- 对地电压为正，规避PID问题  对于已经产生PID现象的组件，夜 间通过抬升中性点电压，修复组件 68kΩ 阳光专利技术w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 8 组串式逆变器基于虚拟电位的PID解决方案 Logger与防PID控制盒PVP- BOX放置在单元箱变侧。 Logger负责采集单元内逆变器 的PV-对大地实时电压值并上传至 PVP-BOX。 PVP-BOX调节内部电压补偿装 置电压，使所有逆变器PV-对大地 电压始终保持在0V以上，彻底消 除PID现象。 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 阳光专利技术w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 1 9 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 反PID方案应用后，大幅度减少了因PID问题导致的发电量损失 0 . 3 9 % 1 0 . 1 5 % 9 . 7 1 % 7 . 8 8 % 4 . 6 4 % 2 . 8 6 % 1 . 4 7 % 0 . 7 9 % 0 . 2 1 % 0 . 3 1 % 发电量（kwh） 日期 2014年 #9-1逆变器 500KW 逆变器无PID方案 #9-2逆变器 500KW 逆变器带PID方案 发电量差 异(%) 1月 24718.20 24815.70 0.39 2月 22775.60 22846.70 0.31 3月 49305.20 49409.30 0.21 4月 53236.50 53661.30 0.79 5月 62506.60 63441.50 1.47 6月 46448.00 47815.00 2.86 7月 49849.30 52273.40 4.64 8月 38767.20 42084.50 7.88 9月 35628.20 39457.70 9.71 10月 39079.90 43493.00 10.15  典型案例：9-1区与9-2区唯一区别是9-1区逆变器无PID方案，9-2区逆变器有PID方案。对比发现，通 过逆变器安装PID模块,可以有效的防止组件PID衰减,大幅度降低发电量损失w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 0 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 组件通过修复后，各项参数100%恢复到出厂标准  典型案例：深圳机场一期5.5MW项目，未配置PID方案，出现不同程度衰减，通过6个夜间共42小时的 PID修复，组件的各项参数恢复正常，有效地避免发电量损失 参 数 项 目 FF Isc Voc Imax Vmax Pmax 出 厂 标 称 参 数 值 0.74 8.65 37.5 8.14 29.5 240 #1 组 件 恢 复 后 参 数 值 0.737442 8.942478 37.079017 8.153286 29.990313 244.519594 #2 组 件 恢 复 后 参 数 值 0.735510 9.049860 37.234036 8.265967 29.983129 247.839548 #3 组 件 恢 复 后 参 数 值 0.744483 8.921388 37.215510 8.218413 30.076206 247.178682 组 串 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 恢 复 前Voc 712V 716V 708V 709V 707V 709V 708V 708V 708V 709V 702V 713V 706V 恢 复 后Voc 723V 727V 723V 724V 724V 725V 726V 726V 728V 729V 726V 727V 726V 随机挑选3块组件，PID修复前后各项参数指标测试值 随机挑选某汇流箱的13个组串，PID修复前后各组串开路电压(Voc)测试值w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 1 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 阳光电源积极探索，在解决PID问题方面积累了丰富的经验 序 号 专 利 名 称 公 开 号 序 号 专 利 名 称 公 开 号 1 一种单极接地系统、接地保护及故 障监测装置和方法 CN103901315A 8 一种反电势诱导衰减的控制方法及 控制系统 CN104201981A 2 电压补偿装置及包含该装置的变流 器、光伏发电系统 CN103326398A 9 一种解决电势诱导衰减的设备 CN203218893U 3 抗潜在电势诱导衰减光伏发电系统、 光伏组件和逆变器 CN103944502A 10 一种解决电势诱导衰减的装置 CN203166494U 4 一种多电平光伏发电系统中的反 PID装置 CN204244167U 11 防电势诱导衰减的光伏系统和光伏 逆变器 CN104242349A 5 一种多MPPT非隔离型光伏并网逆 变器 CN203984005U 12 光伏发电系统及应用于该系统的电 压补偿装置、变流器 CN103337874A 6 一种降低电势诱导衰减的装置 CN104201983A 13 一种绝缘阻抗检测方法及电路 CN103983855A 7 光伏发电系统及应用于该系统的电 压补偿装置、变流器 CN103337874B 14 电压补偿装置及包含该装置的变流 器、光伏发电系统 CN103326398Bw w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 2 挑战3：电网接入系统困难 系统一次 系统综保 计量与结算 系统调度自动化 系统通信 -接入系统方案划分原则 -接入电压等级 -接入点选择 -典型方案 -主要设备选择 -线路保护 -母线保护 -频率电压异常紧急控制装置 -孤岛检测和防孤岛保护 -计费系统 -关口点设置 -设备接口 -通道及规约要求等。 -调度管理、远动系统； -对时方式、通信协议、 -信息传输、安全防护 -功率控制、电能质量监测 3 1 5 4 2 接入系统 设计要求 -通道要求、通信方式 -通信设备供电 -通信设备布置 分布式接入电网的设计要求 接入系统设计存在的挑战 • 继电保护设计复杂，如何与原 有配电系统中的继电保护配合， 在保障安全可靠的前提下尽可 能降低成本（不同的配置方案 对成本影响很大）； • 不同地区电力公司设计要求存 在差异； • 不同项目配置方案不同，如何 标准化设计； • 原有配电房空间有限，无法安 装新的一次、二次设备；w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 3 电网接入系统设计，DAS1000 2 3 严格按照国网及相关标准设计，满足不同地区电网的要求； 集成一次和二次设备及电站系统监控，兼容性强； 快捷方便接入，不需要改造用户配电房设备，也无需单独建造配 电房，降低系统成本。w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 4 挑战4：电站分散、类型多，后期运维管理成本高 新疆 云南 江苏 山西 甘肃 山东 大型工业屋顶 商用屋顶 光伏扶贫项目 其他分布式电站 管理中心统一调配资源，提高效率 多地光伏电站集中管理，经济指标分析w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 5 + = 基于大数据和云计算技术的电站集中管理平台w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 6 特 点 主要形式为太阳能屋顶 通常接入中低压配电网 直接向用户供电 系统安全性问题突出 特别是火灾隐患 供电质量及可靠性 对用户影响重大 挑 战 用户关注 挑战5：直流侧与用电的安全性 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 7 直流保护技术：智能组件扫描 智能组件监控合安装在组件背面 实时采集组件电压、电流和温度 通过载波通讯上传至监控后台 自动故障模式识别，一键停止组件输出 智能组件 紧急关断 系统拓扑结构w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 8 光伏专用熔断器设计，降低火灾风险 无熔丝逆变器， 直流侧短路后， 火灾风险大 有熔丝逆变器， 直流侧短路后， 熔丝熔断，保护 系统安全，无火 灾风险 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 二极管损坏 短路点 短路点 二极管损坏 短路点 二极管损坏w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 2 9 分布式光伏电站整体解决方案 绝缘检测和防雷保护 电池板 直流汇流 逆变 交流汇流 升压 电网 接入 监控系统w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 3 0 分布式光伏系统应用在加宽 1 . 智慧光伏解决方案的X项黑科技 2 . 典型应用案例 3 . 目 录 3 03 光伏电站解决方案探讨 钢 铁- 上 海 宝 钢 玻 璃- 中 航 特 玻 农 业 大 棚- 中 节 能 汉 川 电 子- 郑 州 富 士 康 汽 车- 上 汽 集 团 白 酒- 洋 河 纺 织- 河 南 平 棉 冶 金- 云 南 冶 金 容 量 ：50MW 型 号 ：SG1000TS 容 量 ：8MW 型 号 ：SG500KTL 容 量 ：15MW 型 号 ：SG250K3 容 量 ：10MW 型 号 ：SG500MX 容 量 ：10MW 型 号 ：SG1000TS 容 量 ：15MW 型 号 ：SG630KS 容 量 ：2MW 型 号 ：SG500KTL 容 量 ：1MW 型 号 ：SG250K3 w w w . s u n g r o w p o w e r . c o m 3 2 项目类型 屋顶分布式电站 集成方案 SG1000TS-MV 并网时间 2014~2016 客户价值 大型工业屋顶，屋顶平坦，无遮挡，同 时存在屋顶承重问题，集中式方案置于地 面，集中管理和运维 一体化交钥匙解决方案，保证了快速施 工并网，减少项目管理成本，减少对工厂 生产的影响；集成单元监测与控制，使分 布式电站智能化 所有项目均采用逆变器替代SVG功能， 实时调节并网点的功率因数，避免功率因 数过低导致的罚款。