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2014年中国的光伏并网发电系统全年安装目标是14GW,稳居世界第一,其中分布式占8GW,集中式占6GW.从2009年中国财政部启动金太阳工程,大规模推广太阳能发电应用以来,中国国内的光伏发电一直以大规模集中式项目为主.2014年是第一次明确提出分布式的安装容量,并且占据了全年安装目标的近六成,预示着中国的光伏发电开始由集中式转向分布式。
针对分布式光伏发电系统,中国目前暂无对应的国家标准,在本文中,我们以德国分布式光伏发电系统并网标准VDE4105为例,归纳出分布式光伏并网系统的主要技术要求,力求为国内即将到来的大规模光伏分布式应用提供借鉴和参考.
1.三相平衡发电要求
单相系统的最大额定输出为4.6KVA,如果超过该值则必须设计为三相输出或者三个单相系统组合成一个三相发电系统,相与相之间保持120度相位差,确保当并网使用时,三相输出的功率偏差不能超过4.6KVA。
2.输出有功功率可调要求
额定输出功率超过100KW以上的并网发电系统必须具备输出有功功率用户可调的功能 (对于单机功率小于100KW的并网光伏系统,也应该尽可能具备该功能),调节幅度最大不能超过10%额定最大输出有功功率 (10%,20%,30%~100%)。
对于输出有功功率可以无缝调节的光伏系统(例如10~100%),要求输入功率调节指令后1分钟之内,光伏系统输出有功功率(一分钟均值)必须自动降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,并且在这个过程中光伏系统不允许自动停机。
对于输出有功功率只能步进调节的光伏系统 (例如10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%),要求输入功率调节指令后5分钟之内,光伏系统输出有功功率(一分钟均值)必须自动降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,如果在5分钟之内无法将功率降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,则光伏系统必须自动停机。
3.输出有功功率随电网频率改变而自动调节要求
光伏系统输出有功功率必须随电网频率改变而自动调节:47.5<频率<51.5Hz,不得跳脱。频率≤47.5Hz,频率≥51.5Hz,要在0.2秒内跳脱。50.2Hz<频率<51.5Hz,要随着频率的增加而减少功率输出,随着频率的减少而增加功率输出,增加或减少的幅度为40%PM/Hz,PM为频率逐步增加到刚好为50.2Hz临界点瞬间的光伏系统输出有功功率值。当频率重新下降到50.2Hz以下时,如果该时刻光伏系统的正常有功功率输出超过PM(此时辐照度超过PM点时刻的辐照度),则可以增加有功功率输出,但是输出功率的增加率应小于或等于每分钟10%额定最大输出有功功率。
4.电网频率波动兼容要求
当交流源输出频率为47.5~50Hz时,光伏系统不得脱网。
测试流程如下:1.设定交流源输出频率为50.00±0.01Hz,持续一分钟。2.设定交流源输出频率为47.55±0.05Hz,持续一分钟。3.光伏系统不得脱网。
5.输出功率因数可控要求
光伏系统输出功率因数调节光伏系统要能在输出功率大于20%额定有功功率时,工作于指定的功率因数cosφ,亦即输出无功功率.光伏系统≦3.68KVA:0.95欠激到0.95过激,不需接受电力公司控制,可以设定一个唯一的功率因数.光伏系统>3.68KVA,13.68KVA:0.95欠激到0.95过激,由电力公司指定,可以是0.95欠激到0.95过激之内的任意一个定值也可以是一条曲线。(Figure4)光伏系统>13.68KVA:0.90欠激到0.90过激由电力公司指定,可以是0.90欠激到0.90过激之内的任意一个定值也可以是一条曲线。(Figure5)。电力公司指定的功因必须在10秒内达成, 功因的准确度要在±0.01Hz以内。
6.光伏系统并网接入点要求
光伏系统并网接入点要求如下:>30kVA的发电系统:必须要装设中央型电网保护器(Central NS protection),保护参数设置功能不允许对用户开放,但是必须给用户提供检测保护器工作是否正常的功能。30kVA的发电系统:可选择装设中央型电网保护器(Central NS protection)或一体式电网保护器(Integrated NS protection),保护参数设置功能不允许对用户开放.发电系统保护器需做到单一故障冗余的功能:对于30KVA或以下光伏系统,与逆变器一体化的保护器必须使用双CPU冗余控制系统,输出零火线都要具备串联双继电器,并且要具备开机前继电器自检功能。对于30KVA以上光伏系统,由于保护器独立于逆变器存在,所以逆变器本身无须具备保护器单一故障冗余功能。对于电网保护器,过压U>的设置值允许被指定的用户修改,但是必须附加密码或其他保护防止被其他人修改。对于30KVA或以下光伏系统,短路任意一个继电器,光伏系统必须在并网输出电流前自动检测出该故障并报错停机。
对于30KVA或以下光伏系统:光伏系统必须同时监测三相相电压和线电压(对于单相光伏系统则只监测相电压即可),但是允许只监测单相频率。保护器必须保存最近五次故障信息,当故障信息存储器掉电三秒内故障信息不能丢失。保护器的过欠压/过欠频/防孤岛保护功能应该具备单一故障冗余功能,当光伏系统发生任意单一故障时,这些保护功能必须仍然存在或者光伏系统直接报错并脱网。典型单一故障:AD转换出错,控制电路掉电,辅助电源故障,采样信号出错,标准参考电压漂移,半导体元件开路或短路,继电器触片短路。
7.光伏系统对电网的保护要求
电网保护功能要求如下:1.当电网电压低于额定值的80%时,光伏系统必须在100ms内停止并网;2.当电网电压超过额定值的115%时,光伏系统必须在100ms内停止并网;3.当电网频率低于47.5Hz时,光伏系统必须在100ms内停止并网;4.当电网频率超过51.5Hz时,光伏系统必须在100ms内停止并网;5.当电网停止供电时,光伏系统必须在5秒钟内停止并网。
8.并网条件和同步要求
在开机前或电网出现异常导致光伏系统停机后,电网电压和频率必须在((85%Un≤U≤110%Un)and(47.5Hz≤f≤50.05Hz))之内并保持60秒钟后,光伏系统才允许并网。当电网电压和频率出现短暂异常,异常时间不超过3秒钟,则允许光伏系统在电网电压和频率保持在((85%Un ≤U≤110%Un)and(47.5Hz≤f≤50.05Hz))之内5秒钟后并网。
针对分布式光伏发电系统,中国目前暂无对应的国家标准,在本文中,我们以德国分布式光伏发电系统并网标准VDE4105为例,归纳出分布式光伏并网系统的主要技术要求,力求为国内即将到来的大规模光伏分布式应用提供借鉴和参考.
1.三相平衡发电要求
单相系统的最大额定输出为4.6KVA,如果超过该值则必须设计为三相输出或者三个单相系统组合成一个三相发电系统,相与相之间保持120度相位差,确保当并网使用时,三相输出的功率偏差不能超过4.6KVA。
2.输出有功功率可调要求
额定输出功率超过100KW以上的并网发电系统必须具备输出有功功率用户可调的功能 (对于单机功率小于100KW的并网光伏系统,也应该尽可能具备该功能),调节幅度最大不能超过10%额定最大输出有功功率 (10%,20%,30%~100%)。
对于输出有功功率可以无缝调节的光伏系统(例如10~100%),要求输入功率调节指令后1分钟之内,光伏系统输出有功功率(一分钟均值)必须自动降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,并且在这个过程中光伏系统不允许自动停机。
对于输出有功功率只能步进调节的光伏系统 (例如10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%),要求输入功率调节指令后5分钟之内,光伏系统输出有功功率(一分钟均值)必须自动降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,如果在5分钟之内无法将功率降到(设定值+5%最大输出有功功率)之内,则光伏系统必须自动停机。
3.输出有功功率随电网频率改变而自动调节要求
光伏系统输出有功功率必须随电网频率改变而自动调节:47.5<频率<51.5Hz,不得跳脱。频率≤47.5Hz,频率≥51.5Hz,要在0.2秒内跳脱。50.2Hz<频率<51.5Hz,要随着频率的增加而减少功率输出,随着频率的减少而增加功率输出,增加或减少的幅度为40%PM/Hz,PM为频率逐步增加到刚好为50.2Hz临界点瞬间的光伏系统输出有功功率值。当频率重新下降到50.2Hz以下时,如果该时刻光伏系统的正常有功功率输出超过PM(此时辐照度超过PM点时刻的辐照度),则可以增加有功功率输出,但是输出功率的增加率应小于或等于每分钟10%额定最大输出有功功率。
4.电网频率波动兼容要求
当交流源输出频率为47.5~50Hz时,光伏系统不得脱网。
测试流程如下:1.设定交流源输出频率为50.00±0.01Hz,持续一分钟。2.设定交流源输出频率为47.55±0.05Hz,持续一分钟。3.光伏系统不得脱网。
5.输出功率因数可控要求
光伏系统输出功率因数调节光伏系统要能在输出功率大于20%额定有功功率时,工作于指定的功率因数cosφ,亦即输出无功功率.光伏系统≦3.68KVA:0.95欠激到0.95过激,不需接受电力公司控制,可以设定一个唯一的功率因数.光伏系统>3.68KVA,13.68KVA:0.95欠激到0.95过激,由电力公司指定,可以是0.95欠激到0.95过激之内的任意一个定值也可以是一条曲线。(Figure4)光伏系统>13.68KVA:0.90欠激到0.90过激由电力公司指定,可以是0.90欠激到0.90过激之内的任意一个定值也可以是一条曲线。(Figure5)。电力公司指定的功因必须在10秒内达成, 功因的准确度要在±0.01Hz以内。
6.光伏系统并网接入点要求
光伏系统并网接入点要求如下:>30kVA的发电系统:必须要装设中央型电网保护器(Central NS protection),保护参数设置功能不允许对用户开放,但是必须给用户提供检测保护器工作是否正常的功能。30kVA的发电系统:可选择装设中央型电网保护器(Central NS protection)或一体式电网保护器(Integrated NS protection),保护参数设置功能不允许对用户开放.发电系统保护器需做到单一故障冗余的功能:对于30KVA或以下光伏系统,与逆变器一体化的保护器必须使用双CPU冗余控制系统,输出零火线都要具备串联双继电器,并且要具备开机前继电器自检功能。对于30KVA以上光伏系统,由于保护器独立于逆变器存在,所以逆变器本身无须具备保护器单一故障冗余功能。对于电网保护器,过压U>的设置值允许被指定的用户修改,但是必须附加密码或其他保护防止被其他人修改。对于30KVA或以下光伏系统,短路任意一个继电器,光伏系统必须在并网输出电流前自动检测出该故障并报错停机。
对于30KVA或以下光伏系统:光伏系统必须同时监测三相相电压和线电压(对于单相光伏系统则只监测相电压即可),但是允许只监测单相频率。保护器必须保存最近五次故障信息,当故障信息存储器掉电三秒内故障信息不能丢失。保护器的过欠压/过欠频/防孤岛保护功能应该具备单一故障冗余功能,当光伏系统发生任意单一故障时,这些保护功能必须仍然存在或者光伏系统直接报错并脱网。典型单一故障:AD转换出错,控制电路掉电,辅助电源故障,采样信号出错,标准参考电压漂移,半导体元件开路或短路,继电器触片短路。
7.光伏系统对电网的保护要求
电网保护功能要求如下:1.当电网电压低于额定值的80%时,光伏系统必须在100ms内停止并网;2.当电网电压超过额定值的115%时,光伏系统必须在100ms内停止并网;3.当电网频率低于47.5Hz时,光伏系统必须在100ms内停止并网;4.当电网频率超过51.5Hz时,光伏系统必须在100ms内停止并网;5.当电网停止供电时,光伏系统必须在5秒钟内停止并网。
8.并网条件和同步要求
在开机前或电网出现异常导致光伏系统停机后,电网电压和频率必须在((85%Un≤U≤110%Un)and(47.5Hz≤f≤50.05Hz))之内并保持60秒钟后,光伏系统才允许并网。当电网电压和频率出现短暂异常,异常时间不超过3秒钟,则允许光伏系统在电网电压和频率保持在((85%Un ≤U≤110%Un)and(47.5Hz≤f≤50.05Hz))之内5秒钟后并网。