基于新型多模态共网逆变器的城市级建筑光伏应用.pdf

第４２卷第５期２０１４年３月１日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶｌ０１．４２ＮＯ．５ＭａＦ．１．２０１４基于新型多模态共网逆变器的城市级建筑光伏应用刘叶冰，王旭，薄志谦。，贾宁（１．西东控制集团，辽宁沈阳１１０００５；２．东北大学，辽宁沈阳１１０００４；３．国网许继集团，北京１０００８５）摘要：面对分布式光伏电站建设的发展，从锦州市城市级分布式建筑光伏电站示范项目实例出发，介绍一种新型的分布式光伏共网应用新模式，进而介绍一种一体化多模态光伏逆变设备这种不同于传统逆变器设备，除了提供即发即用的光伏逆变功能外，同时还能提供就地无功补偿和谐波补偿，甚至在没有ｊ乜伏时作为专门的补偿设备而使用。就此新模式对配电网运行与控制保护所带来的影响也作了介绍。关键词：城市级；分布式光伏电站；光伏共网应用；多模态逆变器ＣｉｔｙｌｅｖｅｌｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＰＶａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ－ｍｏｄａｌｇｒｉｄＣＯ－ｅｘｉｓｔｅｎｃｅｉｎｖｅｒｔｅｒ—ＬＩＵＹｅｂｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｕ．．ＢＯＺｈｉ－ｑｉａｎ，ＪＩＡＮｉｎｇ（１．Ｗｅｓｔ－ｅａｓｔＣｏｎｔｒｏｌＬｔｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００５，Ｃｈｉｎａ；２，．ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ；３．ＸＵＪＩＧｒｏｕｐｏｆＳＧＣＣ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｅｒｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｆｒｏｍｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｏｆＪｉｎｚｈｏｕｃｉｔｙｌｅｖｅｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＰＶｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｉＳｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ｎａｍｅｌｙｔｈｅｇｒｉｄＣＯ－ｅｘｉｓｔｅｎｃｅｎｅｗｍｏｄｅ．Ａｎｄｔｈｅｎｉｔｐｒｅｓｅｎｔｓａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｕｌｔｉ－ｍｏｄａｌＰＶｉｎｖｅｒｔｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｄｉｖｉｃｅｄｉｆｆｅｒｓｆｒｏｍｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｉｎｖｅｒｔｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｅｘｃｅｐｔｆｏｒｐｒｏｖｉｄｉｎｇｉｎｖｅｒｔｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙｗｉｔｈｔｈｅｉｍｍｅｄｉａｔｅｌｙｓｐｅｎｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｅｄ，ａｔｔｈｅ—ｓａｍｅｔｉｍｅ，ｓｕｐｐｌｙｉｎｇｏｎｓｐｏｔｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒａｎｄｈａｒｍｏｎｉｃｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｅｖｅｎａｓａｓｐｅｃｉａｌｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｗｈｅｎｔｈｅｒｅｉｓｎｏｓｕｎｓｈｉｎｅ，ｔｈｕｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｉｔｙｌｅｖｅｌ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；ＰＶＣＯ－ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ；ｍｕｌｔｉｍｏｄａ１ｉｎｖｅ￣ｅｒ中图分类号：ＴＭ６１９文献标识码：Ａ文章编号：１６７４．３４１５（２０１４）０５．００１７．０４０引言目前光伏应用发展十分迅猛，建筑光伏应用、分布式光伏电站建设，正在突破传统大型光伏电站的建设模式和应用设备】，对传统发电及输变电理论是一个挑战，给电力系统的供配电系统的运行与控制保护都带来诸多新课题。本文是从一座真正意义上的城市级分布式光伏电站实例出发，认真研究与总结这种最具分散特点的典型新能源应用对传统供配电带来的影响。１分布式光伏电站的发展趋势１．１城市级分布式建筑光伏电站锦州市城市级分布式建筑光伏电站，作为国家住建部、财政部的建筑光伏应用集中示范区，是截止目前，世界上真正意义的城市级分布式建筑光伏电站，详见图１。锦州市城市级分布式建筑光伏电站，分散建设在锦州市（总面积１０３０１ｋｒｎ）的４大城区和１０个郊县和开发区的１３３座建筑上，项目规模２０Ｍｗ，包含８１个子项目。作为在城市既有建筑上建设光伏电站示范项目，最为典型的是建设在９４座公共建筑屋顶，规模５８６１ｋＷｐ的６４个光伏子电站项目。其中包括，政府办公楼２５个（３２座建筑，１２５０ｋＷｐ）；学校项目３３个（５４座建筑，４３２８ｋＷｐ）；医院项目６个（８座建筑，２８３ｋＷｐ）。此外，项目还包括１６个企业项目（３９座建筑，１４２２０ｋＷｐ）。从上述项目分布可以看出，该项目的最大特点是分布分散。尤其那些建设在政府、学校、医院等公共建筑屋顶的项目都不是很大，最小规模的光伏子电站仅为１２．７５ｋＷｐ；较大规模的光伏子电站也不过２００ｋＷｐ左右，在一座建筑上很少有超过１００ｋＷｐ的项目。刘叶冰，等基于新型多模态共网逆变器的城市级建筑光伏应用成了很多困难。实践表明这种把分散分布的太阳能集中处理的方案，不是一种好的光伏应用方案。“”因此，又出现了用户侧并网光伏应用。这种应用模式实际上就是光伏并网应用的一种特例，就是一种不可逆流的并网应用方式。光伏系统始终追寻与电网同步向负载供电，要求系统防止光伏电力对市电电网发生逆向功率。在国家标准《光伏系统并网技术要求》（ＧＢ／Ｔ１９９３９．２００５）中明确规定：“系统在不可逆的并网方式下工作，当检测到供电变压器次级处的逆流为逆变器额定输出的５％时，逆向功率保护应在０．５～２Ｓ内将光伏系统与电网断”开。同时，还规定了系统在市电失电时防止孤岛效“应发生：当电网失压时，防孤岛效应保护应在２Ｓ”内动作，将光伏系统与电网断开Ｌ８Ｊ。由此可见，这种用户侧并网应用在实施逆向功率保护之时，实际上已经在Ｏ．５～２Ｓ内系统向市电电网发生了光伏逆向功率，其规模已经超过装置的额定功率５％。当这种应用尚不普遍时，还不至于对市电电网安全运行造成较大影响。但是如果普遍推广这种用户侧并网分布式光伏应用，势必影响市电电网的安全运行。２．２光伏共网应用新技术光伏共网Ｉ应用与并网应用的不同是：光伏共“”网应用系统遵循的是为用户发电原则，始终根据负荷用电需求（相位与质量），将光伏电力转换成所需电力输出，包括就地提供无功功率输出和谐波补偿功能。即，它不追求仅仅输出有功功率，重要的是保证光伏输出电力与负荷所需电力保持相位一致，进而实现了设备本质安全零逆流。共网应用模式是一种崭新的光伏应用模式［９］，如图３所示，它特别适合在那些大量分散的建筑上建设太阳能电池板，产生的光伏电力就地使用，而市政电力作为备电（实际是基础电力）保证系统正常用电。这与不可逆流的并网系统相比，不仅解决“了电力系统对电网安全运行的担心，还减少一点”并网所造成的系统效率的损耗，大大提高太阳能使用效率，降低系统投资造价和系统维护成本。２．３多模态一体化光伏共网逆变器这是一种专门用于光伏功能共网应用系统的逆“”变器，它不同于传统逆变器，是一种为用户发电的光伏逆变器，可以就地提供无功补偿和谐波补偿，大大改善电网供电质量，提高电网供电效率。“”同时它又是一种对电网友好的逆变器，实现光伏电力对市电电网的设备级本质安全零逆流。提高市电电网的安全运行状态。“”此外，它还具备互动功能，成为智能电网的智能用户终端，既可参与发电和调节供电质量，又可参与配电网的控制和保护。３多模态光伏共网逆变器接入对配电网的影响普通的逆变型分布式电源接入配电网后，使传统配电网系统受端出现发电单元并且其发电能力得到不断提升。配电网电力供应模式将从单一的由大型注入点单向供电的模式，向大量使用受端分布式发电设备的多源多向模块化模式转变。可以想见，这种分布式电源的并网方式必将影响配电系统的供电方式、电能质量以及保护原理与配置方案。光伏发电是分布式电源中较为成熟的方式之一，也成为电力系统中增长速度相对较快的能源之一。面对大量分散的分布式光伏应用，多模态光伏共网逆变器为光伏发电系统的应用提供了一种安全可靠、适用于大规模分散式接入的发电方式。从配电网某个局部看，这种分布式光伏共网应用电站，不仅可以大大降低可再生能源接入渗透率，而且由“”于该电站可以与配电网互动，在光伏发电时发有功和无功，以及吸收无功和提供就地无功补偿和谐波补偿，也可以在光伏不发电时作为就地无功补偿和谐波补偿器使用，还可以根据上级指令参与调峰和提供补偿功能，由此对配电网双向潮流性能改善和并网点保护无疑产生良好影响。随着中国城镇化建设进程加快，小城镇的发展必然与新能源应用紧密结合，在广大小城镇、甚至农舍屋顶发展分布式光伏电站必定是未来的一个方“向。因此，本技术也将为未来的面向可再生能源”应用的智能配电网（或者农网）改造带来新思路。４结论本文介绍了ｆ１）大规模城市级分布式光伏建筑光伏的应用项目及其通信管理系统；（２）光伏发电共网的新概念及应用技术；（３）专门用于光伏共网应用系统的多模态一体化光伏共网逆变器。在此基础上开发基于多模态共网逆变器的智能逆变器的网络ｌ１。。¨】，为实现智能配电网／微电网的源网荷互动，调节供电质量及参与控制和保护等打下基础。参考文献［１］张石，张瑞友，汪定伟，等．光伏并网逆变器的自适应微电网检测技术【Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２１）：１３６－１４０．—ＺＨＡＮＧＳｈｉ，ＺＨＡＮＧＲｕｉ－ｙｏｕ，ＷＡＮＧＤｉｎｇｗｅｉ，ｅｔａ１．ＡｄａｐｔｉｖｅｍｉｃｒｏｇｒｉｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒＰＶ．２０．电力系统保护与控制［２］［３］［４］［５］［６］［７］—ｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２１）：１３６－１４０．杨永恒，周克亮．光伏电池建模及ＭＰＰＴ控制策略［Ｊ］．电工技术学报，２０１１，２６（增刊１）：２２９．２３４．—ＹＡＮＧＹｏｎｇ－ｈｅｎｇ，ＺＨＯＵＫｅｌｉａｎｇ．ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｍｏｄｅｌｉｎｇＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６（ｓ１）：２２９－２３４．高英，谢开贵，胡博，等．考虑光伏出力与负荷相关性的光伏电站容量可信度评［ＪＪ．电力系统保护与控制，２０１３，４１（１４）：１－６．ＧＡＯＹｉｎｇ，ＸＩＥＫａｉ－ｇｕｉ，ＨＵＢｏ，ｅｔａ１．Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｃａｐａｃｉｔｙｃｒｅｄｉｔｅｖａｌｕ￣ｉｏｎｍｏｄｅｌｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｓｙｓｔｅｍｌｏａｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（１４）：１－６．高志强，纪延超，谭光慧，等．新型光伏三端口逆变—器［ＪＪ．电工技术学报，２０１１，２６（增刊１）：１１３１１７．—ＧＡＯＺｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＪＩＹａｎｃｈａｏ，ＴＡＮＧｕａｎｇ－ｈｕｉ，ｅｔａ１．Ｔｈｅ—ｎｅｗｔｈｒｅｅｐｏｒｔｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６（Ｓ１）：１１３－１１７．邓浩，周念成，王强钢，等．光伏并网功率调节系统的建模与仿真［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４０（１７）：６２．６６．ＤＥＮＧＨａｏ，ＺＨＯＵＮｉａｎ－ｃｈｅｎｇ，ＷＡＮＧＱｉａｎｇ－ｇａｎｇ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｔｉｃｐｏｗｅｒｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１７）：６２－６６．刘波，杨旭，孔繁麟，等．三相光伏并网逆变器控制策略［Ｊ］．电工技术学报，２０１２，２７（８）：６４－７０．—ＬＩＵＢｏ，ＹＡＮＧＸｕ，ＫＯＮＧＦａｎ－ｌｉｎ，ｅｔａ１．Ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１２，—２７（８）：６４７０．张风阁，朱仕禄，殷孝雎，等．交错反激式光伏并网微逆变器的控制器实现【Ｊ】．电工技术学报，２０１３，２８（５）：１４２－１４７，１５３．——ＺＨＡＮＧＦｅｎｇｇｅ，ＺＨＵＳｈｉｌｕ，ＹＩＮＸｉａｏ－ｗｅｉ，ｅｔａ１．ＴｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｆｌｙｂａｃｋＰＶｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａ—ＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１３，２８（５）：１４２１４７，１５３．［８］ＧＢ／Ｔ１９９３９．２００５光伏系统并网技术要求［ｓ】．ＧＢ／Ｔ１９９３９－２００５ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｆｏｒｇｒｉｄ—ＣＯｅｘｉｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｓ］．［９］刘叶冰，贾宁，邢岩，等．建筑光伏微电网共网应用新技术［Ｊ］．建设科技，２０１１（７）：６８．６９．—ＬＩＵＹｅｂｉｎｇ，ＪＩＡＮｉｎｇ，Ｘ１ＮＧＹａｎ，ｅｔａ１．ＢｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＰＶｍｉｃｒｏｇｒｉｄＣＯ・ｅｘｉｓｔｉｎｇｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．—ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１（７）：６８６９．［１０］薄志谦，张保会，董新洲，等．保护智能化的发展与智能继电器网络［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１３，４１（２）：—１１２．——ＢＯＺｈｉｑｉａｎ，ＺＨＡＮＧＢａｏｈｕｉ，ＤＯＮＧＸｉｎ－ｚｈｏｕ，ｅｔａ１．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｓｍａｒｔｒｅｌａｙｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（２）：１－１２．［１１］李斌，薄志谦．智能配电网保护控制的设计与研究［Ｊ】．中国电机工程学报，２００９，２９（增刊）：１－６．—ＬＩＢｉｎ，ＢＯＺｈｉｑｉａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｓｍａｒｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，—２９（Ｓ１：１６．—收稿日期：２０１３－０９０２；修回日期：２０１３－１２－３１作者简介：刘叶冰（１９４９－），男，教高，研究方向为建筑光伏应用王旭（１９５６一），男，教授，研究方向为逆变器；薄志谦（１９５５一），男，教授，研究方向为智能配电网。—Ｅｍａｉｌ：ｂｏｚｈｉｑｉａｎ＠２６３．ｔｏｍ