分布式光伏智慧解决方案的X项黑科技-solarbe文库

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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，PF2/sqrt5 当P L o a d 1， ΔQ 1，PF1/2 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2w 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（Pf）自动无功控制（Qu）,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 20142016 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。