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技术交流 2017-11-09 13:41
中国电工网讯:
    对于一个光伏发电系统,我们都希望它能够始终保持在较大功率点工作,这样我们的投资收益才能够实现较大化。但是一个光伏系统的工作是十分复杂的,往往不能够达到我们理想中的状态。
 
    2017年10月26日-27日,在由北极星太阳能光伏网主办的“2017第三届电站质量高峰论坛”上,来自固德威太阳能学院的院长王五雷给大家分享了“光伏系统在非较大功率点工作”的几种情况。他表示,在光伏电站的实际运行过程中,电网调度要求、功率因数限制、功率限制、电压超限等诸多因素,都会导致光伏系统无法在较大功率点工作。
 
    明确较大功率点定义
 
    由光伏组件的I-U曲线可以看出光伏组件的输出曲线是非线性的,在同样的光照条件下不同的工作电压具有不同的输出电流,这样当光伏组件工作在某一个特点的电压Ump时,它与光伏组件输出的电流Imp的乘积即功率P达到较大值,这个工作点就是较大功率点。
 
 

 
    电压-功率曲线图
 


 
    电压-电流曲线图
 
    如上电压-功率曲线图所示,曲线的较高点,就是我们始终希望光伏系统的工作点,而逆变器寻找这个较高点的过程就是我们熟知的MPPT(较大功率点跟踪)。只有当逆变器追踪到了这个点,并将它转换出来,才能得到我们想要的较大功率。
 
    对于光伏系统而言,高效运行,往往还有其他几个前提,即安全(包括人身安全和电网安全),稳定(无故障运行),连续(无非故障停机)。没有这三个前提,单纯追求高效的转换,是不科学也是不现实的。
 
    光伏发电系统在”非较大功率点工作状态“的情况,主要有以下7种:
 
    1、防逆流
 
    目前,还有很多地方,由于不同的原因,导致光伏发电只能自发自用,余电不允许送入电网。此时,电网公司要求光伏并网光伏系统安装“防逆流”装置。
 

 
    固德威单相机防逆流示意图
 
    通过CT实时监测用电情况,反馈给逆变器,一旦光伏发电不能全部被负载消耗掉,逆变器为了保证“不给电网送电”,需要限制自身的功率输出。这种状态,是非常典型的一种“非较大功率工作状态”。
 
    2、过压降载(交流侧)
 
    光伏发电系统并入电网之后,会抬升电网电压,若该地区电网消纳能力有限,或线路损失太大,就要面临过压降载的问题。根据NBT-32004的光伏逆变器国家标准,当电网电压在正常范围(187V~242V)时,逆变器方可正常并网运行。
 
    但当电网电压高于设定的限值时(设定限值要考虑安全规范,也要结合负载、相关保护器件的耐压值),为了保证光伏系统继续发电,而不是直接脱网,需通过限制逆变器的输出功率来达到目的,在这种状态下,逆变器实时跟踪组件的功率曲线,并选取“能够保证电压不超限”的功率点来输出,进而系统将工作在“非较大功率点”的状态。
 
    这种情况是大家所不想看到的,也有一些解决方案。但是这种状态实际上对收益仍旧是有保障的。
 
    3、直流超配限载
 
    “超配比”已经是为光伏人广泛接受的概,这个概念指的是组件对比逆变器的额定功率比。实际光伏系统设计“超配”可以提高我们的投资收益。当然,不同光照地区,如一类、二类、三类地区,建议的超配比也不同。
 
    如果超配过大,则会出现下图的情况:
 
    直流侧限载监控图
 
    因此,结合不同地区的光照情况,合理设计“超配比”,可以避免光伏系统的“非较大功率工作状态”。
 
    4、阴影遮挡
 
    阴影遮挡对PR具有很大影响。如图中所示,绿色曲线是无遮挡、光照正常的情况下,组件的功率特性曲线。红色曲线是在阴影遮挡的时候,组件的功率特性曲线会出现多波峰的情况。
 
 

 
    不同时间段MPPT追踪示意图
 
    当逆变器遇到这种情况(阴影遮挡)时,如果逆变器没有合适的“阴影扫描算法”,使用常规的算法会难以找到较大功率点。同时,由于具有多个波峰,波峰高度不同,逆变器可能追到到较低的那个点,系统损失相对更大。另外,尽管一些逆变器能够在电压范围内全局扫描追踪较大功率点,保证光伏系统的输出。实际上较好的方案还是没有阴影遮挡。
 
    5、政策限载或电网调度
 
    政策限载或接受电网的调度,也是光伏系统工作在非较大功率状态的重要原因。以德国政府为例,2013年在VDE-AR-N4105规范中提出,要求所有的逆变器必须兼容电网给的通讯的指令,要求光伏电站按照装机容量的70%发电运行或者接受电网调度。并且在新的德国安规中可能会作为强制要求项,在电网发出该指令时,逆变器会出现不工作较大功率点的情况。
 
    同时随着能源互联网、微电网等局域性独立电网概念的提出,为确保整个系统的稳定运行,光伏系统也可能频繁出现不工作在较大功率点的情况。
 
    6、无功补偿
 
    在工商业分布式应用领域,会有一部分项目前期设计时,没有充分考虑并网点问题以及厂区现有的无功补偿条件。尽管逆变器能够承担一定的无功补偿功能,但这会导致有功输出降低。
 
    7、储能场景
 
    未来,光伏发电系统或许会和储能有更多的结合。当白天日光充沛时,将光伏系统所发的电,存储于蓄电池,晚上用电高峰期便可以使用。但是蓄电池的充放电会有一些损耗。逆变器此时需要担负检测负载用电需求的重任。
 
    光伏系统是极其复杂和多样的。表面上看,电网调度要求、功率因数限制、功率限制、电压超限等限制因素会影响投资收益。事实上,却是为了保证电网稳定、或满足负载需求、甚至是偶尔需要通过限功率保证系统正常工作的必要手段。
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