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电网友好,迫在眉睫

电网友好,迫在眉睫

2020年9月举行的联合国大会上,我国承诺二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。新能源发电将迎来新一轮的高速发展机遇。

新能源发电普遍具有波动性强、调控能力差、暂态弱支撑等特点,对电网安全稳定运行带来较大挑战,解决“电网友好性”相关问题,是新能源大规模发展和应用的重要一环,也是助力“碳中和”目标早日实现所必须解决的问题。

新能源“电网适应能力不足”已经暴露

高比例的新能源,改变了传统电力系统以火力同步发电机为主的运行方式。在新能源占比较低的时候,其并网性能对电网影响有限,但是在高比例新能源渗透率的情况下,其并网性能将直接影响到电网的安全运行。现在,随着新能源比例越来越高,电网友好性相关问题已经到了迫在眉睫必须解决的时刻了。

2019年8月9日,英国发生大规模停电事故,最终造成英格兰与威尔士大部分地区停电,约有100万人受到停电影响。2016年9月28日,新能源渗透率高达50%的南澳大利亚州,受台风和暴雨等极端天气影响,引起电压跌落导致大量风机脱网,致使南澳大利亚州大停电50小时。

上述两个案例的发生,都和高比例的新能源占比有关,中国电网中局部的新能源电站脱网问题也时有发生,过电压问题、谐振问题、电压稳定问题、次同步振荡等这一系列问题背后,都和我国新能源比例快速攀升直接相关。这些问题充分暴露了新能源发电的电网适应能力不足。

逆变器厂家“比拼”电网友好能力

针对快速发展的新能源,各国电力监管机构不断加强监管要求。作者走访了解到,中国、美国、欧洲、拉美等主要市场过去几年均密集出台了新能源监管政策,部分技术指标甚至对头部制造商都造成挑战。

在2020年初,逆变器厂家也逐步意识到电网友好性可能成为其产品的主要卖点之一,通过多种渠道宣传电网友好特性,例如以低短路容量比为指标的弱电网适应能力(短路容量比是衡量电网强弱的一个指标,短路容量比越低,电网越容易受到新能源的影响),并且成为设备价格、效率之外的又一个比拼项目。

“短路比”(国际上对应概念为Short Circuit Ratio,SCR)用于表征新能源电站并网点的电网强弱。

电网友好,迫在眉睫

在较低的SCR情况下,逆变器注入的任何扰动都将被弱电网放大。因此电站在弱电网情况下保持稳态运行、完成暂态故障穿越、维持电能质量变得更加困难;但是如任何一方面性能不达标,都有可能导致电站发生脱网、震荡、谐波大幅提高、甚至设备损坏等问题或事故。

▲澳洲多个集中式方案光伏电站,不满足电网新要求,导致电站无法并网,造成客户经济损失

▲澳洲多个集中式方案光伏电站,不满足电网新要求,导致电站无法并网,造成客户经济损失

目前行业内已经有很多企业宣称可支持低SCR,但是否真正有此技术实力并确保并网安全,亟需行业有关部门、机构认真考证和检验。否则,国外大规模停电事故,很有可能在国内上演。

尽管行业内对电网友好的重要性有共识,实际落地效果与预期总有偏差。在新能源渗透率急速提高的背景下,实事求是的改进逆变器并网控制性能,使之与弱电网特征相适应,甚至更好的支撑电网,成为行业迫切需要重视的问题。

并网要真实力,真实例

时间进入2021年,光伏各厂家已经整装待发为新一轮市场拓展备好粮草,陆续宣布新产品、新技术、新特性。可以发现,电网并网技术依然是厂家宣传中的重点,部分头部厂家在2020年基础上更进一步,例如提出短路容量比1.2适应能力(即适应含有极高比例新能源的电网),为新能源的健康发展铺平道路。

欣喜之余,行业仍需冷静思考与仔细甄别。技术规格不应是为了片面迎合市场的纸面数字,而更应该是经过实验室和现场充分验证的结论,不是纸上谈兵。要防止片面的追求和呈现单方面的指标,而脱离了实际运行环境。因为在实际环境中,电网强度实时波动,电网结构、特征多种多样,负载类型多变,新能源电站如何完整地应对各类运行工况的挑战,依然是当今需要不断探究的问题。

为了真正实现光伏新能源成为中国电力的主力能源,还需要行业相关主管部门、发电企业、设备厂家、行业监管者的齐心协作。这些年,虽然行业整体技术水平有了大幅提升,但一些乱象问题依然存在。宣称同样规格的逆变器,例如都宣称可支持SCR1.5,但是实际应用差别很大。比如在实验室测试中,有些逆变器厂家在弱电网SCR1.5工况下可以保持良好运行,有的则早早关机脱网;当设备在现场投运后,有的可以在弱电网环境下稳定运行,有的则告警不断、频繁脱网,甚至烧毁被迫停电整改。如东北某电站真实案例,该电站划分2个区块分别用了两个厂家的逆变器设备,2020年某一天现场由于天气原因发生低电压问题,这时候需要真正考验设备的低电压穿越能力了,结果其中一个厂家逆变器顺利完成了低电压穿越,该区块正常运行,而另外一个厂家逆变器却出现大面积跳闸,导致停电2周,设备也出现了大量损坏。可见,并网需要真实力。

我们了解到,就在2020年,某大型发电企业委托第三方权威实验室,盲测了当前市场的几个主力产品的并网友好性相关指标,结果让人大跌眼镜,其中只有一款产品满足其宣称指标,其余都和宣传的偏离甚大,如下表以低穿、谐波、弱电网支撑等指标为例:


低穿能力

谐波

SCR支撑能力

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