然而，新能源發(fā)電普遍具有波動(dòng)性強(qiáng)、調(diào)控能力差、暫態(tài)弱支撐等特點(diǎn)，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來較大挑戰(zhàn)，解決“電網(wǎng)友好性”相關(guān)問題，是新能源大規(guī)模發(fā)展和應(yīng)用的重要一環(huán)，也是助力“碳中和”目標(biāo)早日實(shí)現(xiàn)所必須解決的問題。
一、新能源“電網(wǎng)適應(yīng)能力不足”已經(jīng)暴露
高比例的新能源，改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以火力同步發(fā)電機(jī)為主的運(yùn)行方式。
在新能源占比較低的時(shí)候，其并網(wǎng)性能對(duì)電網(wǎng)影響有限，但是在高比例新能源滲透率的情況下，其并網(wǎng)性能將直接影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
2020年底，全國風(fēng)電、光伏累計(jì)裝機(jī)占比達(dá)到24.3%，青海甚至達(dá)到60%，電網(wǎng)友好性相關(guān)問題已經(jīng)到了迫在眉睫必須解決的時(shí)刻!
2019年8月9日，英國發(fā)生大規(guī)模停電事故，最終造成英格蘭與威爾士大部分地區(qū)停電，約有100萬人受到停電影響。2016年9月28日，新能源滲透率高達(dá)50%的南澳大利亞州，受臺(tái)風(fēng)和暴雨等極端天氣影響，引起電壓跌落導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，致使南澳大利亞州大停電50小時(shí)。
上述兩個(gè)案例的發(fā)生，都和高比例的新能源占比有關(guān)，中國電網(wǎng)中局部的新能源電站脫網(wǎng)問題也時(shí)有發(fā)生，過電壓?jiǎn)栴}、諧振問題、電壓穩(wěn)定問題、次同步振蕩等這一系列問題背后，都和我國新能源比例快速攀升直接相關(guān)。這些問題充分暴露了新能源發(fā)電的電網(wǎng)適應(yīng)能力不足。
二、逆變器廠家“比拼”電網(wǎng)友好能力
針對(duì)快速發(fā)展的新能源，各國電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)不斷加強(qiáng)監(jiān)管要求。作者走訪了解到，中國、美國、歐洲、拉美等主要市場(chǎng)過去幾年均密集出臺(tái)了新能源監(jiān)管政策，部分技術(shù)指標(biāo)甚至對(duì)頭部制造商都造成挑戰(zhàn)。2020年初，逆變器廠家也逐步意識(shí)到電網(wǎng)友好性可能成為其產(chǎn)品的主要賣點(diǎn)之一，通過多種渠道宣傳電網(wǎng)友好特性。例如，以低短路容量比為指標(biāo)的弱電網(wǎng)適應(yīng)能力(短路容量比是衡量電網(wǎng)強(qiáng)弱的一個(gè)指標(biāo)，短路容量比越低，電網(wǎng)越容易受到新能源的影響)，并且成為設(shè)備價(jià)格、效率之外的又一個(gè)比拼項(xiàng)目。 “短路比”(國際上對(duì)應(yīng)概念為Short Circuit Ratio，SCR)用于表征新能源電站并網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)強(qiáng)弱。
在較低的SCR情況下，逆變器注入的任何擾動(dòng)都將被弱電網(wǎng)放大。因此電站在弱電網(wǎng)情況下保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、完成暫態(tài)故障穿越、維持電能質(zhì)量變得更加困難;但是如任何一方面性能不達(dá)標(biāo)，都有可能導(dǎo)致電站發(fā)生脫網(wǎng)、震蕩、諧波大幅提高、甚至設(shè)備損壞等問題或事故。
澳洲多個(gè)集中式方案光伏電站，不滿足電網(wǎng)新要求，導(dǎo)致電站無法并網(wǎng)，造成客戶經(jīng)濟(jì)損失 目前，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)有很多企業(yè)宣稱可支持低SCR，但是否真正有此技術(shù)實(shí)力并確保并網(wǎng)安全，亟需行業(yè)有關(guān)部門、機(jī)構(gòu)認(rèn)真考證和檢驗(yàn)。否則，國外大規(guī)模停電事故，很有可能在國內(nèi)上演。盡管行業(yè)內(nèi)對(duì)電網(wǎng)友好的重要性有共識(shí)，實(shí)際落地效果與預(yù)期總有偏差。在新能源滲透率急速提高的背景下，改進(jìn)逆變器并網(wǎng)控制性能，使之與弱電網(wǎng)特征相適應(yīng)，甚至更好的支撐電網(wǎng)，成為行業(yè)迫切需要重視的問題。
三、并網(wǎng)要真實(shí)力，真實(shí)例
2021年伊始，各光伏企業(yè)陸續(xù)推出新技術(shù)、新特性的新產(chǎn)品。可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)依然是廠家宣傳中的重點(diǎn)，部分頭部廠家在2020年基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，例如提出短路容量比1.2適應(yīng)能力(即適應(yīng)含有極高比例新能源的電網(wǎng))，為新能源的健康發(fā)展鋪平道路。欣喜之余，行業(yè)仍需冷靜思考與仔細(xì)甄別。技術(shù)規(guī)格應(yīng)該是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)充分驗(yàn)證的結(jié)論，要防止片面的追求和呈現(xiàn)單方面的指標(biāo)，而脫離了實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。在實(shí)際環(huán)境中，電網(wǎng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)波動(dòng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、特征多種多樣，負(fù)載類型多變，新能源電站如何完整地應(yīng)對(duì)各類運(yùn)行工況的挑戰(zhàn)，依然是當(dāng)今需要不斷探究的問題。為了真正實(shí)現(xiàn)光伏新能源成為中國電力的主力能源，還需要行業(yè)相關(guān)主管部門、發(fā)電企業(yè)、設(shè)備廠家、行業(yè)監(jiān)管者的齊心協(xié)作。這些年，雖然行業(yè)整體技術(shù)水平有了大幅提升，但一些亂象問題依然存在。同樣規(guī)格、都宣稱可支持SCR1.5的逆變器，在實(shí)際應(yīng)用中差別很大。比如，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，有些逆變器廠家在弱電網(wǎng)SCR1.5工況下可以保持良好運(yùn)行，有的則早早關(guān)機(jī)脫網(wǎng);當(dāng)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)后，有的可以在弱電網(wǎng)環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，有的則告警不斷、頻繁脫網(wǎng)，甚至燒毀被迫停電整改。以東北某電站真實(shí)案例說明：該電站劃分2個(gè)區(qū)塊分別用了兩個(gè)廠家的逆變器設(shè)備，2020年某一天現(xiàn)場(chǎng)由于天氣原因發(fā)生低電壓?jiǎn)栴}，是真正考驗(yàn)設(shè)備的低電壓穿越能力的時(shí)候，結(jié)果其中一個(gè)廠家逆變器順利完成了低電壓穿越，該區(qū)塊正常運(yùn)行，而另外一個(gè)廠家逆變器卻出現(xiàn)大面積跳閘，導(dǎo)致停電2周，設(shè)備也出現(xiàn)了大量損壞。可見，并網(wǎng)需要真實(shí)力。在2020年，某大型發(fā)電企業(yè)委托第三方權(quán)威實(shí)驗(yàn)室，盲測(cè)了當(dāng)前市場(chǎng)的幾個(gè)主力產(chǎn)品的并網(wǎng)友好性相關(guān)指標(biāo)，結(jié)果讓人大跌眼鏡，其中只有一款產(chǎn)品滿足其宣稱指標(biāo)，其余都和宣傳的偏離甚大，如下表以低穿、諧波、弱電網(wǎng)支撐等指標(biāo)為例：
四、實(shí)驗(yàn)室實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)
當(dāng)前，行業(yè)內(nèi)既有具備高技術(shù)水平的廠家，也有濫竽充數(shù)的。長(zhǎng)此以往，會(huì)降低外界對(duì)行業(yè)發(fā)展前景的信心!很多時(shí)候，規(guī)范行業(yè)的發(fā)展，光靠企業(yè)自覺是不夠的，建議產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)部門要加強(qiáng)監(jiān)管、監(jiān)督測(cè)試，權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)也要加強(qiáng)盲測(cè)、盲查力度，大型發(fā)電企業(yè)也應(yīng)建立自己的測(cè)試機(jī)構(gòu)或者委托權(quán)威機(jī)構(gòu)，主動(dòng)對(duì)逆變器電網(wǎng)適應(yīng)能力的真實(shí)水平進(jìn)行檢測(cè)。
規(guī)范行業(yè)行為，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，道阻且長(zhǎng)，行則將至。響應(yīng)“3060”的號(hào)召，“十四五”新能源比例必將大幅提升，電網(wǎng)友好問題，已迫在眉睫;我們呼吁更多的優(yōu)秀廠家，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈共同努力，共同創(chuàng)新，才能真正實(shí)現(xiàn)光伏的主力能源理想。
