新闻中心

EEPW首页 > 智能计算 > 设计应用 > 光伏电站限电损失情况如何应对?

光伏电站限电损失情况如何应对?

作者:时间:2017-10-25来源:网络

  我国近几年的建设速度非常快,但配套建设还是无法跟上,加上西部地区消纳光伏电能的能力有限,如甘肃、新疆、青海等地,很多遭遇了限电问题的困局,带来了巨大的能源浪费,部分月份限电比例达到90%,的投资收益率大打折扣,而且对光伏未来的发展也是非常不利的,必须加强配套电网送出线路的建设,将光伏电力外送到消纳能力较强的地区,或者改善火电、光伏、风电等能源利益竞争所产生的矛盾,进一步调整能源结构,优先使用光伏电力。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/368205.htm

  随着国家生态环境和气候变化形势的日益严峻,以优先发展可再生能源为特征的能源革命已经成为必然趋势。本文以甘肃某电站的限电情况为例,简要介绍限电带来的发电量损失计算方法及技术对策。

  1.有功功率控制系统(

  光伏电站的限电离不开光伏有功功率控制系统(简称),2011年5月,国家电网公司发布的《光伏电站接入电网技术规定》指出:“光伏电站应具备有功功率调节能力,能够接收、自动执行调度部门的控制指令,确保有功功率及有功功率变化按照调度部门的要求运行”。因此大型光伏电站均需配备光伏有功功率控制系统,接收调度中心的有功功率控制指令,按照预定的规则和策略实现负荷分配。

  一般情况下,的控制模式可分为计划曲线和定值控制两种。如图1为定值跟踪模式,即当天控制电站的总输出功率为恒定值,该值取决于省调下发值,当晴天辐照较好的情况下,若实时功率输出值超过限定值后将会被“削峰”,那么实时曲线看上去就接近于梯形曲线。

  

  图1 AGC限功率值跟踪模式(省调限定负荷60MW)

  图2为计划曲线跟踪模式,一般限电时间为某一时段,而且没有规律,如下午14点至16点,使得总有功功率曲线(红色)保持在限定目标曲线(绿色)附近上下浮动,且每个地区最低容忍的浮动幅度会有所不同,如上下浮动不超过0.3MW或0.5MW。

  

  图2 AGC计划曲线跟踪模式

  2.限电损失量估算

  由于限电比例不同,所造成的发电损失也会不同,现以甘肃某100MW集中式电站为例进行分析,电站由200台500kWp集中式逆变器组成,2015年9月14日省调下发限电指令,限定功率值为60MW,实际地调下发限定值为50MW,如果逆变器和AGC的通讯正常,响应及时并且受AGC 的控制(AGC的参数设置界面逆变器的软压板应该投入,如果通讯不正常,将无法接受AGC的控制),并且限有功功率分配较为均匀的情况下,每台逆变器的实时输出功率将被设置在250kW以下,图3为某标杆逆变器的实时功率输出曲线,逆变器的输出功率取决于当前时刻下的太阳辐照度和环境温度,在上午九点二十分左右达到250kW,直到下午四点五十分左右输出小于250kW,而在中间时段如果存在限电,那么将造成一定的发电损失。

  

  图3 500kW逆变器交流功率输出曲线

  当天逆变器交流侧满负荷下实际发电量为3399kWh(有效发电小时数为6.8h),如果限电,将一天的时间分成三个时段,参考表1。中间时段如果不限电发电量则为2916.44kWh,其他时间段共483kWh(上午特定时段243kWh,下午时段240kWh)。如果限电,中间时段约在 1895kWh左右(约7.58小时),那么由于限电带来的损失部分为1021.44kWh,占发电量的30%左右。

  表1甘肃某电站500kW逆变器分时发电量(2015.9.14)

  

  若电站限功率值达到40%,同样也可计算,如表2所示,限电比例增加,限电损失也相应增加。

  表2甘肃某电站500kW逆变器分时发电量(2015.9.14)

  

  对于整个电站(逆变器侧)的限电损失,计算可参考标杆逆变器的方法。整个电站的逆变器发电性能一般会有一定的差异,因此所有逆变器的当天发电量有一定的离散率,如500kW逆变器一天发电量可达3500kWh以上,差的可能只有2800kWh左右,需要分析哪一方面出了问题,如逆变器本身性能、组串故障、组串通讯异常、接地故障、组件失配及热斑影响等。通过对各个逆变器的发电量进行持续比较,选择发电性能较为稳定和故障率特别少的逆变器为标杆逆变器,并计算其他逆变器与标杆逆变器的发电差异。

  那么对于整个电站限电损失量(逆变器交流侧)的估算可参考下面步骤:

  ①采集标杆逆变器的当天发电量E0(一般可从监控系统的后台读取),逆变器对应方阵的实际装机容量(对于运行多年的电站,建议重新对光伏方阵区进行装机容量测试),然后计算标杆逆变器的每千瓦的发电量E0/P0(单位:kWh/kW)。

  ②逆变器1#装机容量P1,当天发电量E1,限电损失量=(E0/P0)*P1*K1-E1(K1为标杆逆变器与1#逆变器发电差异系数,根据各逆变器实际发电量的统计分析,该系数为2%至10%不等)。通过此方法估算其他逆变器的限电损失量,累加可得整个电站当天的限电损失量。

  ③需要注意的是由于通讯异常、方阵发电异常、逆变器停机等带来的损失不属于限电损失,需要计算故障损失发电量,并从限电损失量中减去该值。

  上述计算方法得当的限电损失量为估算值,如果没有标杆逆变器,可通过实际辐照度、环境温度和实际系统效率来估算电站的理论应发电量,并减去当天的实际发电量可粗略作为限电损失。

  3.限电技术对策

  目前针对上述限电问题,在技术层面可在原有并网电站引入储能环节,以储能补偿实际光伏输出功率与限定有功功率的差额,降低限电损失量,储能系统根据耦合方式的不同,分为直流侧耦合和交流侧耦合,如家庭户用小型储能系统光伏在直流侧耦合,而对于大型地面电站,一般以交流侧耦合为主。下文简要介绍交流侧耦合的充放电判断依据和容量配置估算。

  参考下图4左,横线阴影部分表示能量输入储能装置,对其进行充电,能量来源于光伏电力。竖线阴影部分表示能量从储能装置输出,进行功率补偿,如此以来,光伏逆变器输出到电网的功率曲线为平滑直线,当然这个是最理想的情况,实际上很难达到平滑状态。图4左中红色直线为省调(地调)下发的功率限电值(如上述100MW电站,200台逆变器,限定值50MW,AGC分配均匀,那么每台逆变器当天最大交流输出不能超过250kW),蓝色虚线假设为光伏逆变器的实际输出功率。

  在系统中可设置目标值P1,P1=总限电功率值/逆变器台数(单位:kW),系统可与逆变器进行实时通讯,并实时监测光伏逆变器的交流功率输出P2(单位:kW),当P2和P1满足下列关系时,实现充放电。

  基本原则:当P2>P1时,充电,当P2<P1时,放电。对于该判定依据,遇到晴天,光伏曲线一般较为规则,容易实现;而如果遇到多云天气,光伏出力容易波动,会使得电池反复充放电,影响寿命,可通过相关策略来细化控制。需要注意的是储能系统和逆变器的通讯响应时间尽量要短,因为光伏的出力时刻都在变化,如果储能系统响应时间长,接收到的P2值为下一时刻值,那么补偿的容量可能比应补偿的量要小。

  电池容量配置的计算,对于上述甘肃某电站500kW逆变器,可假定理想情况下如晴天天气,储能电池在满足上述条件时实现充电,该时段有6-7个小时左右,如果多云天气可能无法充满,但遇到阴雨天气就无法进行充电(图4右),实际放电多少以所充容量为准,特别是连续阴雨天时,会无法充电和放电,只能等到晴天天气再充电。

  

  图4 光伏储能方案原理

  对于上述甘肃电站实例,光伏发电在时间段7:30-9:15和16:55-19:10共计约4h左右,实际光伏发电483kWh,增加储能系统后,电池放电容量可计算得:558.65/0.97=575kWh(假设储能逆变器转换效率97%),占当天发电量的24%,但仍剩有461kWh未补偿。对于一台500kW逆变器,储能电池容量可配备500kW*2h储能单元,但还需要考虑到电池放电深度和逐年衰减率。

  上述考虑的情况是基于AGC均匀分配的情况下,但事实上AGC不可能均匀分配,假设A逆变器限定有功250kW,B逆变器限定有功200kW,如果按照功率大于250kW充电策略,红绿线与功率曲线包围的面积这部分电力无法被电池储存,遇到逆变器限定功率分配不均的情况,可选取合适值,使得整个电站的功率补偿最大化,参考图5。

  

  图5

  从电池容量配置角度,需要考虑限电比例和限电损失部分,当限电40%,按照50%限电容量配置,如果遇到连续的晴天天气,会造充电容量过多而浪费,同样参考图5,当目标直线越往下,A和B区域所包围的面积就越小,电池需要放电的能量也就相应减少。因此需要统计一年内的限电比例,阴雨天天数,选择合适的容量配置,使得投入和产出达到最佳经济效益。

  储能系统作为限电的解决方案之一,目前已经有非常成熟的技术,如比亚迪和阳光电源等厂家,其投资收益的计算需要考虑一年当中的晴天、阴雨天的天数,限电损失量,可补偿量,电池衰减等因素来综合确定。

  4.小结

  本文简要介绍了在当前限电大环境下的光伏发电量的限电损失计算,并引出储能技术对策,文中所述储能方案和常规的“削峰填谷”应用有所不同,关于容量配置和储能系统的相关建议如下:

  1.首先需要考虑当前电站的AGC分配策略,遇到逆变器限定功率分配不均的情况下,选取合适值,使得电站整体的功率补偿最大化。

  2.储能电池容量的配置需要考虑AGC的分配策略、电站一年的限电损失和比例、可补偿容量等。

  3.对于交流耦合模式,储能系统需要实时监测逆变器交流侧的输出功率,并且响应及时,功率补偿及时。

  4.系统需要考虑天气因素,防止在目标值附近频繁充放电,影响电池寿命。

  5.各个电站有功功率控制模式会不尽相同,一般储能方案较适合于定值跟踪模式。对于曲线跟踪模式,目标值实时在变化,还需要和AGC进行通讯,会比较复杂。



评论

技术专区

关闭