一、光伏发电逆流:不可忽视的电网隐患
在 “双碳” 目标的引领下,分布式光伏发电凭借其清洁、高效、灵活等优势,在能源领域迅速崛起,成为实现绿色发展的重要力量。据国家能源局数据显示,2023 年我国分布式光伏新增装机 58.9GW,占全年光伏总装机的 67% ,越来越多的工商业屋顶、农村民居等都装上了光伏发电设备。然而,在分布式光伏快速发展的过程中,一个不容忽视的问题逐渐浮出水面 —— 光伏逆流。
当分布式光伏系统的发电量超过本地负载需求时,多余的电能就会反向流入电网,这就是光伏逆流现象。这一现象看似简单,实则像一颗隐藏在电网中的 “定时炸弹”,给电网的稳定运行、设备安全乃至人员安全都带来了严重威胁。
从电网稳定性角度来看,逆流会导致局部电网电压骤升。一般来说,当逆流导致电压超过额定电压的 10% 时,就可能引发一系列严重后果。比如,会使变压器长时间处于过热状态,加速其内部绝缘材料的老化,大大缩短变压器的使用寿命;同时,过高的电压还会使电缆绝缘受损,增加漏电和短路的风险,严重时甚至可能引发电气火灾,对整个电网的安全运行构成巨大挑战。
在设备安全方面,逆变器作为光伏系统中的关键设备,长期处于逆流导致的过载运行状态下,其寿命会大幅缩短,研究表明,这种情况下逆变器寿命可缩短 30% 以上,而且核心元件的故障率也会急剧上升,增加了设备维护成本和系统停机风险。
而对于人员安全,当电网检修人员进行作业时,如果未及时切断逆流电源,反向电流可能会通过变压器倒送,使原本认为无电的线路带电,这对检修人员的生命安全构成了直接威胁 ,每年都有因逆流导致的电力作业安全事故发生。
除了安全隐患,光伏逆流还会带来显著的经济损失。部分地区的电网公司对逆流超限企业处以 0.5 - 2 元 /kWh 的罚款,有的企业甚至单月罚款就超过 50 万元 。为了防止逆流,传统的 “硬切断” 方案虽然能阻止逆流,但却造成了 10% - 30% 的发电量浪费,对于工商业电站而言,每年因弃光造成的损失可达百万元之巨。如果企业多次出现逆流违规情况,还可能被电网列入 “黑名单”,面临限制并网容量甚至取消补贴资格的处罚,这对于依赖补贴的光伏项目来说,无疑是沉重打击。
二、安科瑞防逆流解决方案全解析(采购/询价:安科瑞曹经理137/7441/3253)
面对光伏逆流这一棘手难题,安科瑞凭借其在电气领域的深厚技术积累和创新精神,推出了一系列高效、可靠的防逆流解决方案,为分布式光伏系统的安全稳定运行提供了有力保障。
(一)工作原理
安科瑞防逆流方案的核心在于精准的监测与智能控制。通过在并网点安装高精度的电流传感器和电压传感器,实时监测电流和电压的大小及方向。一旦检测到电流流向电网,即判断为逆流状态,此时,方案会迅速做出响应。一方面,传感器将采集到的数据传输给智能控制单元,控制单元根据预设的逻辑和算法,对数据进行快速分析和处理。另一方面,控制单元会向逆变器发送调节信号,通过调整逆变器的工作参数,如改变脉冲宽度调制(PWM)的占空比,来降低逆变器的输出功率,从而减少或消除逆流,确保光伏系统所发电力优先满足本地负载需求,多余电力不流入电网。
(二)方案类型
逆流速断方案:在市电进线处安装安科瑞自主研发的 AM5SE - IS 防孤岛 / 逆流一体化装置,这是逆流速断方案的关键所在。该装置就像一位时刻保持警惕的 “卫士”,对光伏系统的运行状态进行 24 小时实时监测。当检测到逆流情况发生时,它会在极短的时间内(通常在毫秒级),通过信号反馈触发并网点断路器的切断动作,迅速将光伏系统与电网隔离,从而实现防孤岛、防逆流的目的。这种方案具有成本较小、改造简单的显著优势,对于一些预算有限、追求快速部署的项目来说,是一个颇具吸引力的选择。不过,它也存在一定的劣势,由于一旦检测到逆流就直接切断电路,这可能导致部分光伏发电无法被有效利用,造成 “弃光” 现象,降低了光伏系统的整体发电效率 。
柔性调节方案:柔性调节方案采用了更为智能和精细的控制策略。通过在市电进线处安装孤岛 / 逆流一体化装置,实时监测光伏上网情况,并将监测信号上传给协调控制器 ACCU - 100 或能量管理系统 Acrel - 2000MG。这些智能 “大脑” 会对逆流数据进行深入的逻辑计算,然后根据计算结果对逆变器的输出功率进行精准调整,实现无逆流运行。当检测到逆流时,协调控制器会向逆变器发送指令,逐步降低逆变器的输出功率,使光伏发电与本地负载需求达到平衡,避免多余电力流入电网。同时,为了确保系统在各种复杂情况下的安全性和稳定性,还配备了完善的保护机制。一旦协调控制器出现宕机、负载突变或者通讯中断等异常情况,导致其未及时调节控制逆变器输出时,防逆流装置 AM5SE - IS 会立即启动保护动作,迅速断开并网柜断路器,防止逆流对电网造成损害,为系统的安全运行提供了双重保障。这种方案安装方便,能够实现柔性防逆流,最大程度地利用光伏发电,避免了 “弃光” 现象,提高了能源利用效率。
(三)产品配置
安科瑞防逆流方案是一个高度集成的系统,由多种先进的产品协同工作,共同实现防逆流功能。
AM5SE - IS 防逆流保护装置:作为方案的核心设备之一,它集逆功率保护、低功率保护、防孤岛保护等多种功能于一身。能够快速、准确地检测到逆流和孤岛现象,并及时采取切断断路器等措施,保障电网和设备的安全。它还具备事件顺序记录功能,可记录保护动作信息,方便运维人员快速查找故障事件,为后续的故障分析和系统优化提供有力支持。
ACCU - 100 协调控制器:在柔性调节方案中扮演着 “指挥官” 的角色,接收来自防逆流保护装置的监测信号,对逆流数据进行逻辑计算,并根据计算结果向逆变器发送调节指令,实现对逆变器输出功率的精准控制,确保系统无逆流运行。它还能与其他设备进行通信,实现数据共享和协同工作,提升整个系统的智能化水平。
APM520 电力监测仪:以其 0.5S 级的高精度,实时捕捉并网点的电压、电流、功率方向等关键电能参数,为防逆流方案提供准确的数据支持。就像一个敏锐的 “侦察兵”,及时发现电力参数的异常变化,为系统的稳定运行提供保障。
AWT100 无线传输模块:采用 5G/4G 双通道通信技术,保障数据能够以毫秒级的速度上传,确保监测数据的实时性和准确性,让系统能够快速响应各种变化,做出及时调整。
Acrel - 2000MG 微电网能量管理系统:具备强大的数据存储、报表生成和人机界面功能,不仅能够实现对逆变器输出功率的柔性调节,还能对整个微电网的发电、储能和用电情况进行全面监测和管理,为用户提供直观、便捷的能源管理体验。通过该系统,用户可以实时了解系统的运行状态,制定合理的能源策略,提高能源利用效率 。
四、实际案例
项目概况:山东龙强机械制造厂分布式光储协调项目光伏建设项目光伏建设总装机容量为200kW,储能装机通量为100kW/215kWh,建设区域位于山东省寿光市。本项目包括光伏发电系统、1台变压器、1台150kW逆变器和1台50kW逆变器。其中设置并网点1处,光伏储能共用一个并网柜。
现场图片
各逆变器将由电池组件输出的直流电转化为交流电(0.4kV),采用电缆引至并网点的变压器(0.4kV)下端。经过变压器升压至10kV后通过输电线路汇流接入10kV外线后接入当地电网。
根据当地电力公司的要求,本光储协调项目,只能就地消纳,禁止余电电网。
解决方案:为了实现上述目标,通过在公共连接点安装防逆流保护装置,一旦检测到逆流,就会通过通信接口发送信号给ACCU-100协调控制器,通过监测市电总进线处的功率和实时的发电功率,经过协调控制器的计算生成对应的逆变器调节指令和储能充放电功率指令,来实现光伏防逆流的柔性调节功能和在防逆流前提下储能对光伏的消纳功能。这种方法既可以保证电力系统按照设计运行,保护电网的安全和稳定,又可以最大会利用光伏发电,降低用户用能成本。控制方案如下:
控制方案
系统组网图
方案效果:ACCU-100协调控制通过将分布式光伏和储能的资源统一整合起来,进行监测与管理,通过对市电交互点的功率值进行实时监控,即可分析出当前的光伏发电情况,负荷用电情况,协调控制器既可以使用这些采集到的信息进行数据分析和策略决定,即根据负荷用电需求实时调整各个光伏单元的输出功率以及储能充放电功率,确保光伏系统的电力不对电网反向送电的同时,控制储能系统进一步消纳光伏。既可以在防逆流综保跳开并网柜前,系统通过下发逆变器功率调节命令和储能充放电功率的指令来实现柔性调节的目的,进而提高微电网系统的稳定性和可靠性。
五、安科瑞防逆流方案优势总结
安科瑞防逆流解决方案凭借其卓越的性能和显著的优势,在分布式光伏领域脱颖而出,为用户带来了多方面的价值。
在保障电网安全方面,该方案通过高精度的监测设备和快速响应的保护机制,能够实时捕捉逆流信号并迅速采取措施。无论是逆流速断方案的毫秒级切断动作,还是柔性调节方案的智能功率调整,都能有效避免逆流对电网造成的电压波动、设备损坏等危害,大大提升了电网运行的稳定性和可靠性,为电力系统的安全保驾护航 。
从能源利用率角度来看,柔性调节方案表现尤为出色。它通过精准的功率调节,使光伏发电与本地负载需求实现动态匹配,最大限度地将光伏发电消纳在本地,避免了 “弃光” 现象,提高了能源利用效率,让每一度光伏电力都能得到充分利用,充分发挥了清洁能源的价值 。
成本效益也是安科瑞防逆流方案的一大亮点。逆流速断方案成本较小、改造简单,降低了项目的初始投资成本;而柔性调节方案虽然在设备配置上相对复杂,但通过减少弃光弃电和避免电网罚款,长期来看为用户节省了大量的用电成本。以实际项目为例,采用安科瑞柔性调节方案的企业,每年可节省电费支出和避免罚款数十万元 ,经济效益显著。
此外,安科瑞防逆流方案还具有高度的灵活性和可扩展性。多种方案类型和产品配置,可以满足不同规模、不同场景的分布式光伏项目需求。无论是小型的户用光伏系统,还是大型的工商业分布式光伏电站,都能找到适合的解决方案,并且系统可以根据用户需求和实际运行情况进行灵活调整和扩展,适应未来能源发展的变化 。
审核编辑 黄宇
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