【CITPV】光伏发电并网技术发展现状及趋势

陈 宁中 国 电 力 科 学 研 究 院 有 限 公 司 新 能 源 研 究 中 心2019年 9月 5日 目 录一 ． 光 伏 发 电 发 展 现 状二 ． 光 伏 发 电 并 网 的 技 术 要 求三 ． 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题四 ． 光 伏 发 电 并 网 技 术 发 展 趋 势 一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 1 太 阳 能 资 源 分 布 情 况 全 球 太 阳 能 资 源 富 集 地 区u 北 非 中 东 地 区u 南 非 地 区u 大 洋 洲 澳 大 利 亚u 南 美 智 利 阿 根 廷u 中 国 西 部 地 区u 北 美 墨 西 哥 美 国 西 部u 巴 西 高 原 东 部n全 球 太 阳 能 资 源 分 布 u 西 藏u 青 海u 新 疆u 甘 肃u 宁 夏u 内 蒙u 河 北u 山 西u 河 南u 吉 林u 云 南一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 1 太 阳 能 资 源 分 布 情 况n我 国 太 阳 能 资 源 分 布 大 型 并 网 光 伏 电 站 分 布 式 电 站ü 欧 美 国 家 光 伏 发 电 多 表 现 为 户 用 分 散 建 设 、 逐 步 接 入 的 发 展 模 式 ， 虽 然 整 体 装 机 容 量 较 大 ， 但 目前 主 要 以 自 发 自 用 的 就 地 消 纳 为 主 ；ü 我 国 以 大 规 模 光 伏 电 站 、 太 阳 能 发 电 基 地 等 集 中 式 和 区 域 化 、 园 区 化 等 分 布 式 两 种 形 式 共 同 发 展 。一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状n光 伏 发 电 主 要 类 型 2 光 伏 发 电 建 设 运 行 情 况 3 9 .6 7 0 .9 7 1 0 0 .3 1 3 5 .7 6 1 7 2 .9 9 2 2 1 .0 7 2 9 2 .4 4 3 8 6 .1 1 4 8 0 .3 61 7 .1 5 3 1 .3 7 2 9 .3 3 3 5 .4 6 3 7 .2 3 4 8 .0 8 7 1 .3 7 9 3 .6 7 9 4 .2 5 01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 0 6 0 0 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0 1 0 0 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8装机容量GW新增容量GW年份累计装机容量新增装机容量 2018年 全 球 新 增 并 网 光 伏 装 机 量 94.3GW， 累 计 装 机 已 达 480.36GW， 累 计 光 伏 装 机 容 量 占 全 球可 再 生 能 源 的 1/3左 右 。 光 伏 发 电 从 2013年 到 2018年 短 短 5年 时 间 ， 实 现 了 累 计 装 机 3.5倍 的 增 长 。新 增 装 机 容 量 （ GW） 累 计 装 机 容 量 （ GW）1 中 国 45 1 中 国 1742 印 度 10.8 2 美 国 62.23 美 国 10.6 3 日 本 564 日 本 6.5 4 德 国 45.4 5 澳 大 利 亚 3.8 5 印 度 32.96 德 国 3 6 意 大 利 20.17 墨 西 哥 2.7 7 英 国 138 韩 国 2 8 澳 大 利 亚 11.39 土 耳 其 1.6 9 法 国 910 荷 兰 1.3 10 韩 国 7.92018年 全 球 光 伏 装 机 容 量 及 新 增 容 量 前 十 国 家 一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 2 光 伏 发 电 建 设 运 行 情 况n全 球 光 伏 发 电 建 设 情 况 一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 2 光 伏 发 电 建 设 运 行 情 况n我 国 光 伏 发 电 建 设 情 况 12.12 8.55 13.74 30.31 33.62 23.316.32 23.38 37.12 67.1 100.59 123.84050100150 2013 2014 2015 2016 2017 2018容量/GW 年 份集 中 式 新 增 装 机 容 量 集 中 式 累 计 装 机 容 量 0.8 2.05 1.39 4.23 19.44 20.963.1 4.67 6.06 10.32 29.66 50.610204060 2013 2014 2015 2016 2017 2018容量/GW 年 份分 布 式 新 增 装 机 容 量 分 布 式 累 计 装 机 容 量 集 中 式 光 伏 分 布 分 布 式 光 伏 分 布 我 国 2018年 全 年 光 伏 发 电 新 增 装 机 4426万 千 瓦 。 其 中 ， 集 中 式 电 站 和 分 布 式 光 伏 分 别 新 增 2330万 千瓦 和 2096万 千 瓦 。 截 止 2018年 底 ， 全 国 光 伏 发 电 装 机 达 到 1.74亿 千 瓦 ， 其 中 ， 集 中 式 电 站 1.2384亿 千 瓦 ， 分 布 式 光 伏 5061万 千 瓦 。 1361 1332 1234 1138 1118 992 991 962 946 8640200400600800100012001400 山 东 江 苏 河 北 浙 江 安 徽 新 疆 河 南 青 海 内 蒙 古 山 西装机容量/万千瓦 省 份全 国 太 阳 能 发 电 装 机 十 大 省 份 排 行 （ 万 千 瓦 ） 一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 2 光 伏 发 电 建 设 运 行 情 况n我 国 光 伏 发 电 建 设 情 况 u光 伏 发 电 单 元l 方 阵l 逆 变 器l 单 元 升 压 变u场 内 集 电 系 统l 集 电 线 路l 电 站 升 压 变u站 级 控 制 系 统l 有 功 控 制 系 统l 无 功 控 制 系 统l 无 功 补 偿 设 备 站 级控 制系 统 一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 3 光 伏 发 电 并 网 方 式n光 伏 电 站 典 型 结 构 跨 区 远 距 离 输 电 主 要 解 决能 源 资 源 与 能 源 消 费 地 域逆 向 分 布 ， 实 现 全 国 范 围的 资 源 优 化 配 置 。分 布 式 发 电 促 进 分 散 式 能 源的 开 发 利 用 ， 提 高 能 源 综 合利 用 效 率 ， 促 进 节 能 减 排 ，解 决 偏 远 地 区 的 电 力 供 应 。一 、 光 伏 发 电 发 展 现 状 3 光 伏 发 电 并 网 方 式n主 要 并 网 方 式 目 录一 ． 光 伏 发 电 发 展 现 状二 ． 光 伏 发 电 并 网 的 技 术 要 求三 ． 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题四 ． 光 伏 发 电 并 网 技 术 发 展 趋 势 n 中 国u GB-T 19939-2005 光 伏 系 统 并 网 技 术 要 求u GB-T 20046-2006 光 伏 (PV)系 统 电 网 接 口 特 性 (=IEEE 929-2000)u GB-T 19964-2012 光 伏 发 电 站 接 入 电 力 系 统 技 术 规 定u Q/GDW 1617-2015光 伏 电 站 接 入 电 网 技 术 规 定 (国 网 企 业 标 准 )u GB-T 29319 -2012 光 伏 发 电 系 统 接 入 配 电 网 技 术 规 定u GB-T 29321 光 伏 发 电 站 无 功 补 偿 技 术 规 范u GB-T 50866-2013 光 伏 发 电 站 接 入 电 力 系 统 设 计 规 范u NB-T 32005-2013 光 伏 发 电 站 低 电 压 穿 越 检 测 技 术 规 程u Q/GDW 1480-2015 分 布 式 电 源 接 入 电 网 技 术 规 定 u Q/GDW 1867-2012 小 型 户 用 光 伏 发 电 系 统 并 网 技 术 规 定u …… 二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 1 光 伏 发 电 并 网 相 关 的 国 内 外 技 术 标 准 n 国 外 标 准 ( IEC, IEEE and etc)u IEC 61727-2004 光 伏 （ PV） 系 统 -电 网 接 口 特 性u IEEE 929-2000 光 伏 系 统 电 网 接 口 推 荐 标 准u IEEE 1547-2003 分 布 式 电 源 并 网 接 口 标 准u BDEW-2010 发 电 厂 接 入 中 压 电 网 的 技 术 导 则 （ 德 国 ）u VDE4105-2011 发 电 系 统 接 入 低 压 分 布 式 网 络 技 术 导 则 （ 德 国 ）u BS EN 50530-2010 并 网 光 伏 逆 变 器 整 体 效 率 标 准 （ 欧 洲 ）二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 1 光 伏 发 电 并 网 相 关 的 国 内 外 技 术 标 准 其它要求并网性能光 伏 发 电并 网 标 准 电 能 质 量功 率 控 制 与 电 压 调 节电 网 异 常 时 的 响 应 特 性安 全 与 保 护基 本 原 则通 用 技 术 条 件电 能 计 量通 信 与 信 号系 统 测 试二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 1 光 伏 发 电 并 网 相 关 的 国 内 外 技 术 标 准n基 本 框 架 德 国 针 对 接 入 中 压 电 网 电 源 的 并 网 标 准ü 电 站 必 须 能 够 以 10%的 步 长 限 制 其 有 功 出 力（ 常 用 设 置 点 有 100%, 60%, 30%, 和 0%） ；ü 频 率 高 于 50.2Hz时 ， 功 率 必 须 以 40%额 定 功率 /Hz的 速 率 降 低 ；ü 仅 当 频 率 恢 复 到 50.05Hz以 下 时 ， 才 允 许 提高 输 出 功 率 ；ü 频 率 高 于 51.5Hz或 低 于 47.5Hz时 必 须 脱 网 。二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 2 功 率 控 制 技 术 要 求n有 功 控 制 u 光 伏 发 电 站 应 具 备 控 制 有 功 输 出 的 能 力ü 根 据 系 统 指 令 调 节 有 功 输 出 ；ü 根 据 系 统 的 频 率 自 动 调 节 有 功 输 出 ；ü 控 制 系 统 的 有 功 功 率 变 化 率 (10%装 机 容 量 /min)。G B-T 19964-2012 光 伏 发 电 站 接 入 电 力 系 统 技 术 规 定二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 2 功 率 控 制 技 术 要 求n有 功 控 制 德 国 针 对 接 入 中 压 电 网 电 源 的 并 网 标 准ü 电 站 的 功 率 因 数 必 须 能 够 在 0.95（ 感 性 ） 至0.95（ 容 性 ） 之 间 任 意 可 调 ；ü 电 站 应 能 够 根 据 需 求 ， 几 分 钟 内 实 现 在 规 定的 无 功 区 域 内 连 续 可 调 ；ü 电 站 应 能 够 根 据 电 网 调 度 指 令 自 动 调 节 无 功功 率 ， 并 在 10s内 达 到 机 构 设 定 的 调 节 要 求 。二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 2 功 率 控 制 技 术 要 求n无 功 控 制 u 无 功 配 置 要 求ü 容 性 无 功 能 够 补 偿 光 伏 电 站 满 发 时 站 内 汇 集 系 统 、 主 变 压 器 的 全部 感 性 无 功 及 光 伏 电 站 送 出 线 路 的 一 半 感 性 无 功 之 和 ；ü 感 性 无 功 容 量 能 够 补 偿 光 伏 电 站 送 出 线 路 的 一 半 充 电 无 功 功 率 ；ü 对 于 通 过 220kV（ 或 330kV） 汇 集 站 接 入 的 电 站 ， 要 补 偿 全 部 线路 的 无 功 ；ü 10-35kV电 压 等 级 的 电 站 ： 功 率 因 数 0.98(容 性 )-0.98(感 性 )。u 无 功 控 制 要 求Ø 根 据 系 统 指 令 调 节 无 功 输 出 ；Ø 根 据 并 网 点 电 压 水 平 自 动 调 节 有 功 输 出 。 光 伏 逆 变 器 的无 功 出 力 范 围G B-T 19964-2012 光 伏 发 电 站 接 入 电 力 系 统 技 术 规 定二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 2 功 率 控 制 技 术 要 求n无 功 控 制 德 国 针 对 接 入 中 压 电 网 电 源 的 并 网 标 准 ü 在 电 压 跌 落 到 0时 ， 至 少 要 坚 持 150m s不 脱 网 。ü 在 红 实 线 以 下 的 区 域 ， 可 以 脱 网 运 行 。 ü 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 。ü 响 应 速 度 应 在 20m s之 内 ， 必 要 时 ， 必 须 能 够 提 供 100%的 无功 电 流 。 二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 3 故 障 穿 越 技 术 要 求 并网点电压(pu) -1 0 1 2 300.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0 电网故障引起的电压跌落光伏电站必须保持并网运行 光伏电站可以从电网切出时间 (s)低 电 压 穿 越 零 电 压 穿 越 • 动 态 无 功 注 入 ：IT≥1.5× (0.9-UT)IN (0.2≤UT≤0.9)IT≥1.05× IN (UT0.2)t30ms• 有 功 恢 复 ： ≥ 30%P N/s G B-T 19964-2012 光 伏 发 电 站 接 入 电 力 系 统 技 术 规 定二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 3 故 障 穿 越 技 术 要 求 ü 光 伏 电 站 应 在 并 网 点 内 侧 设 置 易 于 操 作 、 可 闭 锁 ， 且 具 有 明 显 断 开 点 的 并 网 总 断 路 器 （ 各标 准 均 要 求 ） ；ü 光 伏 发 电 系 统 防 孤 岛 保 护 动 作 时 间 不 大 于 2s(G B-T 29319 ， IEEE1547)；ü 防 孤 岛 保 护 还 应 与 电 网 侧 线 路 保 护 相 配 合 。n监 控 通 信ü 应 具 备 与 电 网 调 度 机 构 之 间 进 行 数 据 通 信 的 能 力 ， 满 足 实 时 性 要 求 （ 各 标 准 均 要 求 ） 。二 、 光 伏 发 电 并 网 技 术 要 求 4 其 他 技 术 要 求n防 孤 岛 保 护 目 录一 ． 光 伏 发 电 发 展 现 状二 ． 光 伏 发 电 并 网 的 技 术 要 求三 ． 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题四 ． 光 伏 发 电 并 网 技 术 发 展 趋 势 由 于 太 阳 能 资 源 的 波 动 性 和 随 机 性 、 光 伏 发 电 设 备 的 低 抗 扰 性 和 弱 支 撑 性 ， 光 伏 发 电 的 高 效 消 纳和 安 全 运 行 是 长 期 面 临 的 重 大 挑 战 。波 动 性 随 机 性 弱 支 撑 性 低 抗 扰 性太 阳 能 资 源 光 伏 发 电 设 备发 电 特 性面 临 挑 战 挑 战 1： 高 效 消 纳 挑 战 2： 安 全 运 行电 网 负 荷传 统 电 源 新 能 源可 控 随 机 性 、 波 动 性 可 预 测 三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 1 光 伏 发 电 与 电 网 的 关 系 9 0 2 5 0 3 9 2 6 6 2 1 1 8 2 1 7 7 51 7 7 .8 0 %5 6 .8 0 % 6 8 .9 0 % 7 8 .6 0 % 5 0 %0 %5 0 %1 0 0 %1 5 0 %2 0 0 %05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8同比增长百分比%发电量/亿千瓦时年份发电量同比增长3 2 5 4 7 7 0 7 3 5 53 .2 3 % 9 .0 9 % 1 0 .7 1 % 9 .5 6 % 5 .8 2 % 2 .8 0 %0 %2 %4 %6 %8 %1 0 %1 2 %02 04 06 08 0 2 0 1 3 2 0 1 4 2 0 1 5 2 0 1 6 2 0 1 7 2 0 1 8弃光率/%电量/亿千瓦时年份弃光电量弃光率 Ø 2018年 ， 全 国 光 伏 发 电 量 1775亿 千 瓦 时 ， 同 比 增 长 50%。 全 国 光 伏 发 电 弃 光 电 量 同 比 减 少 18亿 千瓦 时 ， 弃 光 率 同 比 下 降 2.8个 百 分 点 ， 实 现 弃 光 电 量 和 弃 光 率 “ 双 降 ” 。Ø 全 国 平 均 利 用 小 时 数 1115小 时 ， 同 比 增 加 37小 时 ;光 伏 发 电 平 均 利 用 小 时 数 较 高 的 地 区 中 ， 蒙 西1617小 时 、 蒙 东 1523小 时 、 青 海 1460小 时 、 四 川 1439小 时 。三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 2 运 行 消 纳 情 况 ü 光 伏 电 源 出 力 波 动 性 和 随 机 性 特 点 明 显 ， 可 调 节 性 能 较 差 ；ü 系 统 调 峰 电 源 容 量 不 足 ；ü 调 峰 电 源 运 行 方 式 制 约 。 三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 3 大 型 集 中 地 面 电 站 并 网n调 峰 问 题 发 电 用 电电 网 系 统 惯 性 水 平 下 降 ，抗 扰 能 力 不 足系 统 频 率 稳 定 问 题 三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 3 大 型 集 中 地 面 电 站 并 网n调 频 问 题 -转 动 惯 量 少 直 流 闭 锁 后 系 统 暂 态 电 压 问 题 三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 3 大 型 集 中 地 面 电 站 并 网n暂 态 电 压 稳 定 问 题 ü 新 能 源 场 站 并 网 逆 变 器 等 电 力 电 子 设 备 及 其 控 制 方 式 ， 由 于 系 统 谐 波 、 容 感 谐 振 、 系 统 阻 尼 欠缺 等 ， 引 发 频 率 从 几 百 Hz至 上 千 Hz的 高 频 谐 振 问 题 ；ü 光 伏 逆 变 器 、 HVDC输 电 、 FACTS装 置 等 之 间 的 强 相 互 作 用 ， 引 起 振 荡 频 率 几 Hz到 几 十 Hz的 次 /超同 步 振 荡 问 题 。三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 3 大 型 集 中 地 面 电 站 并 网n宽 频 带 振 荡 问 题 -次 /超 同 步 谐 振 功率波动孤岛电压越限谐波超标潮流倒送 继电保护整定ü 其 主 要 影 响 范 围 为 区 域 配 电 网 ， 引 发 诸 如 潮 流 倒 送 、 电 压 越 限 、 功 率 波 动 、 谐 波 超 标 、 非 计 划 孤岛 、 继 电 保 护 整 定 等 问 题 。三 、 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题 4 分 布 式 电 站 并 网n对 区 域 配 电 网 的 影 响 目 录一 ． 光 伏 发 电 发 展 现 状二 ． 光 伏 发 电 并 网 的 技 术 要 求三 ． 光 伏 发 电 并 网 存 在 的 问 题四 ． 光 伏 发 电 并 网 技 术 发 展 趋 势