浅谈分布式光伏发电系统现场检测技术

浅谈分布式光伏发电系统现场检测技术

郭升

西北电力建设工程监理有限责任公司， 陕西 西安 710005

摘要：21世纪初期以来，政府陆续提出推动生态文明示范区建设，社会方面对清洁新能源领域的开发关注热情越来越盛大，我国特色的风力光伏发电相关产业,亦在国家政府一系列的重大政策措施支持鼓励下,迅速得到实现了稳定快速发展。不断升级颁布完善的扶持优惠政策，使得我国分布式光伏发电系统应用,获得到了一场前所未有巨大的历史发展机遇。

关键词：光伏发电系统；分布式；现场检测

由于分布式光伏发电设备具有的随机性、波动性大和具有间歇性波动的诸多特点，怎样可靠稳定快速地处理与整个电网系统相连,连接设备的运行问题就已越来越变得越来越重要。为了切实保障光伏电力系统、供应电网可以稳定持续地正常良好的工作运行，因此也需要十分认真准确地，进行检测分析光伏太阳能发电应用系统设备的综合并网技术性能。

1测试原理和测试平台

当系统进行正常运行的状态下，两个开关都置于打开状态。所以，光伏发电系统和电网同时能够进行电力输送。如果电源出现了某些问题而发生供电故障问题，开关S1处于断开状态，而开关S2处于闭合状态，并且该两个负载会与光伏发电系统结合从而形成孤岛。由光伏发电系统输送到输电线中的电能质量必须符合国家的相关要求。此外，光伏发电系统需要有效地应对电网可能造成的电路故障、电流干扰、电网故障等一系列情况。在电网系统中，光伏发电系统对其影响通常有以下几方面：电能输送到局部负荷并被迅速消耗，用户设备的正常、完全依赖于电能的质量好坏；非常容易形成孤岛的状态；频率变化会较大程度上对用户用电产生故障。由于受到线路内部各种因素的影响，所以使得电力系统的电压和频率都受到了不同程度的影响，而产生一些不利影响。在光伏发电系统中的并网点可以设置为测试点，以审核所测量的光伏发电系统的整体性能。并参照测试内容独立研发测试平台进行相关测试内容，根据具体情况制定现场检测方法。干扰发生器采用改变发电系统的侧电压和频率来模拟欠压、过压、欠频和过频的状态。防孤岛检测装置通过三相独立可调的并联线路模拟本地负载。

2现场检测内容

根据国外现行的相关光伏电网标准要求，结合中国现有伏配电网特点情况分析和针对我国现阶段光伏产业和发电行业环境特点，以及我国分布式光伏系统组件及其装置，接入我国主配电网建设时，将对未来光伏电网环境构成的多种可能产生影响情况等的分析，检测技术重点内容一般将包括主要有以下的这样的几个两大方面：第一，电能质量可靠性检测技术主要应包括如何检测分布式光伏稳态储能或发电稳态储能系统组件等的系统性能。例如直流谐波分量信号的检测、电压频率的异常波动现象和大电流的闪变、谐波、三异相电压差的不平衡、电压频移等。第二，功率特性的测试方法主要指标是:包括在太阳能光伏组件发电整体系统运行中,实际输出的电压功率值的周期性电压波动过程及其功率特性，取决于太阳能辐照度系数和太阳能辐射的温度，电站逆变器功率的逆变器实际稳态输出系统的稳态功率性能,和电站逆变器稳态功率特性的能量转换和系统性能，以及在光伏组件发电系统整个运行系统情况下逆变器的实际稳态能量输出过程和功率特性。第三，对于逆变器得异常的电压变化/频率的响应，主要可用来直接检测在太阳能发电设备整个运行系统稳态模式下逆变器的暂态系统性能，包括逆变器对欠压时间响应和对逆变器过压频率响应和分时过压闸时间频率变化特性的在线检测。第四，孤岛系统安全运行性能预防评估和孤岛保护能力测试主要任务负责现场检测分布式光伏发电应用系统设备在各种可能的存在风险的孤岛情况环境条件下可能进行的系统安全的保护等技术性能，包括对设备系统主动地孤岛保护和对系统设备被动进行的孤岛安全的安全运行控制及孤岛保护能力等系统性能测试。

3测试机理和测试平台设计

在光伏系统实现并网功能时，S1、S2门同时被关闭，光伏系统可和其他电网设施同时分开为其他电网上的任何本地设备和本地局部的负载供电。如果光伏电网因逆变器故障停机而暂时变得闲置不可用，当负载S1被关闭，S2则断开，光伏系统将与其他两个并联负载之间相当于形成另一个信息孤岛。向光伏电网直接供电需要时，光伏发电系统首先应首先满足光伏电网运行的用电要求，同时光伏系统应能承受电网所带来的电压干扰、频率干扰、电网失电等各种影响。并网光伏发电系统接入对电网的影响主要表现在以下几个方面：电能直接被本地负荷消纳，电能质量直接影响用户设备的安全；孤岛状态容易形成；功率波动对用户影响较大；由于负荷因素，电网电压和频率波动频繁。试验点选取在光伏发电系统并网点处，对测试的光伏系统的整体性能进行评价。依据现场检测报告内容结合自主可控研发的检测软件平台系统开展现场检测研究工作，结合实际现场检查情况科学制定现场检测方法。为保证电网扰动装置电压和频率变化的速度和精度，将原闭环控制策略转变为开环控制策略和智能预判断控制策略。简单地采用开环控制将导致电压和频率控制在不同的负载条件下的精度。因此加入智能预判法，通过检测负载电流，判断电压和频率控制点，从而达到控制目标。

4现场检测分析

4.1功率特性测试

有功功率的变化的趋势一般与随着太阳总热辐射照度方向变化,产生的功率方向变化的总趋势方向大体一致的；但无功功率方向一般会在太阳每天或早晚的热辐照度在相对于较短小时范围内的波动上很明显，中间某些时段内又可能很可能接近稳定。该太阳能发电逆变器系统内部的太阳能光伏组件,及其间组件的光电耦合转换的技术性能也表现较良好，逆变器系统内部组成的光功率耦合转换系统性能,亦比较接近良好，逆变器组件的输出有光无功功率值起伏相对较小,且其波动方向与所输出之有功及光电功率大小相互无关。

4.2电压/频率异常响应性能测试

取两组150kW以上并网电源单元负载的逆变器电压扰动特性测试值为样例并进行测试分析。两台并联逆变器性能数据不大一致，两台串联逆变器还存在着分解闸时间上有时间先后顺序，部分被测试特性点也不满足实际性能要求等的实际情况。通过对比分析结果发现问题是主要由于两个不同型号逆变器之间内部的控制保护程序参数不同所致。由于逆变器采用多种不同结构型号结构的逆变器当并联或使用逆变器时，其逆变器相应的整体特性就会出现改变，建议业主在太阳能电站规划设计施工过程管理中仍需进行重点管理关注。

4.3防孤岛保护性能测试

在各种不同环境的功率因数条件作用下，防孤岛保护性能明显不同。当Q=1时，电网突然失电停机后，逆变器上并没有人检测得到有孤岛状况出现，继续逆变器正常工作运行，说明在Q=1时逆变器的孤岛状态对于所有的逆变器用户来说依然是存在一个安全盲点。当电压Q=0.93时，50kW以上逆变器要先进行分闸，一段时间稳定后超过100kW以上逆变器时才会分闸。当Q=0.15时，单元两台逆变器都停机。

4.4电能质量

并网点额定输出直流的直流逆变器具平均三相直流额定输出的交流额定电压范围应设置为单相大于交流410V的和及以上，高于单相直流逆变器三相大于直流400V及其以下三相的单相直流逆变器额定直流输入的交流的额定直流电压。两个相以上并网点上并联的交流三相电压系统的频率不对称均匀平衡度、频率偏差、功率因数、电压畸变率值与交流电压偏差值等均需必须严格符合上述相关指标国家规定限值；直流电流分量值约各为正负0.5%。

结束语：

首先，通过对光伏风力驱动发电光伏系统的现场实时在线测试，验证揭示出了如何将该检测研究与方法成果,直接集成在现场系统得到产业化应用,或推广利用的巨大潜在市场可行性。部分光伏现场系统并网等技术问题,研究直接也反映证明了实时在线,现场检测系统研究技术的极端技术重要性，为我们将来成功实现光伏在线系统检测产品应用推广目标,和积极研究或制定相关行业,或相关行业产品标准规范体系,奠定了坚实可靠的关键技术基础。其次，现场实时在线试验检测的研究及技术积累,也会为其后续研发设计生产制造装备和自主设计,生产改进的风电光伏系统设备技术,提供宝贵参考了借鉴国内外的相关工作经验。若经过试验没有发现对该光伏阵列系统,逆变器的输入总和输出和总工作功率值,分别超过了逆变器系统额定总工作功率值的优化设计试验，考虑到光伏模块系统的侧和正极电压偏移，在实际进行逆变器系统优化设计的实验测试时，应能够严格并且保证逆变器将在其上始终有效工作和保持运行在按照该光伏逆变器优化设计试验的逆变器的额定输出电压的工作功值范围内。

参考文献：

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