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光伏系统可控输出功率解决方案及分析

导读: 本文将要介绍的是30kW以下的用户型逆变器的解决方案。对于光伏系统渗透率较高或电网基础设施较差的地区,一般对于新增光伏系统都存在一定的申请限制,比如部分西澳大利亚地区电网几乎不接受任何3kW以上的安装申请。

光伏可控输出功(Export Power Control)最早被用于大规模项目,由于逆变器的功率因数在被设计时通常统一为“1”,对于一些长期运行有感负荷(inductive load)的大型项目来说,会造成诸多电功质量以及负载平衡的问题,于是新一代的逆变器,大约在500kW以上的机型基本上均配有无功控制系统(reactive power control)来调节输出功率。我个人预测,智能无功控制和低电压/零电压穿越将会成为未来500kW以上逆变器标准中不可缺少的两个硬性规定。

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本文将要介绍的是30kW以下的用户型逆变器的解决方案。对于光伏系统渗透率较高或电网基础设施较差的地区,一般对于新增光伏系统都存在一定的申请限制,比如部分西澳大利亚地区电网几乎不接受任何3kW以上的安装申请。为什么要限制呢?主要有两个原因:

其一,由于逆变器输出的都是有用功(active power),这会对区域性的功率因数产生不小负面影响。而较差的功率因数意味着电网需要低效率的输电配电,这样不经济也等于变相能源浪费。

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其二,对于高光伏分布率地区,在正午时分所有逆变器均满载向电网输出功率时,电网相电压可能超出标准范围而引起用电器包括逆变器断网的情况。

案例一:

A女士家里是单相电(single phase),经过用电器时段估算后,大概需要6kW的光伏系统,然而当地电网仅接受不超过3kW的系统申请。如果A女士仅仅购买3kW的系统,那么在PSH时段仍然需要从电网大量购电。如果购买了6kW的系统,在PSH时段没有负载消耗,那么6kW将会大量注入电网而违反规定。

案例二:

R先生打算购买一个5kW的系统,然而当地电网不接受任何光伏电能,要求“零注入”。

基于此类需求,诸多逆变器制造商提出了“Export Power Control”概念,基本上主流的拓扑结构都是在用电器末端和配电箱之间安装一个第三方控制电表与逆变器进行通信,同时对逆变器控制程序人为设定做大输出功率。在PSH时段中,如果逆变器满载,用电器将会消化所有光伏电能;如果有用电器断开,此时第三方控制电表将会把输出电功传输给逆变器,如果输出功率大于设定的最大输出值,逆变器将会通过DC/DC Converter,也就是MPPT对DC电流进行限制,保证输出电功始终保持在规定范围内。对于案例二,逆变器可以设置为恒定输入一定量功率,意味着将会一直从电网购入一定量的电,进而保证了100%的零注入。

这里有两个争议点:

其一:在第三方电表追踪到逆变器判定及调整过程中,据我目前手上的测试报告,普遍一线的品牌机器都是控制在1.0至1.5秒之内(IEC规定在2秒之内),但是在这区间,是会有电功注入电网的,然而注入了多少电量呢?我们就拿6kW的系统来举例:

6kW在1.5秒内注入的电量是:

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也就是说会向电网注入0.0025度电,可能配电箱里面的电表都不会动一下。然而这6000 W的电功的确会在1.5秒内对于用户端相电压有一个transient voltage效应和影响,如果把这个放大到2000户的区域性群体系统中,从电网角度看确实和其规定不相符。

其二,假设第三方电表与逆变器通信故障导致逆变器丧失监控功能而不能限制功率,怎么办?

目前比较可行的解决方案是考虑在逆变器内置蓄电池,在接收到讯号的毫秒过程中通过一个额外的regulator路径把电量充入蓄电池内,这样就可以替换掉MPPT来调节电流的时间。或者在第三方电表内安置超级电容来进行充电放电的buffer效应,其余的方法目前还不方便介绍,但是核心基本都是围绕着储能或引流。同时逆变器需要配置第二保护设备,也就是一旦失去和第三方电表的沟通能力,需要立马停止工作并且报错。

作者:张帅杰

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