分布式光伏并网并非简单连接,而是一个涉及安全、稳定、高效和智能互动的系统工程。
分布式光伏的并网技术选择的核心逻辑在于与场景深度匹配:
户用场景追求极致的性价比和易用性。
工商业场景聚焦于精细化的能效管理与电能质量。
园区场景探索多能流协同与系统级价值最大化。
农村农业场景则首要解决环境适应性与电网弱支撑问题。
其关键技术可分为四大类:
第一类:安全并网保护技术
这是确保电网和人身安全的基础,是并网的“底线”。
1.防孤岛保护:
核心:当电网断电时,光伏系统必须迅速(通常要求<2秒)检测到“孤岛”状态并停止供电,防止对电网检修人员造成电击危险,并保护自身设备。
实现方式:主动式(如主动频率偏移、电流扰动)与被动式(如电压/频率监测)相结合。
2.过/欠压、过/欠频保护:
核心:实时监测并网点电压和频率。当电压或频率超出国家标准规定的范围时,逆变器应在规定时间内跳闸,防止对电网电能质量造成冲击或损坏用户设备。
3.直流分量抑制:
核心:逆变器输出电流中不应含有过大的直流分量,以免导致配电变压器饱和,产生谐波和过热。
4.快速故障穿越(LVRT/FRT):
核心:中高压并网的要求。当电网发生瞬时故障导致电压跌落时,光伏系统不仅不能脱网,还需在一定时间内向电网提供无功电流,支撑电网电压恢复,这是光伏成为“友好型”电源的关键。
第二类:电能质量治理技术
这是保障本地负载和公共电网电能品质的关键,是并网的“红线”。
1.谐波抑制:
核心:逆变器自身应输出低谐波电流。在复杂场景(如多逆变器并联、非线性负载多)下,可能需要加装有源滤波器(APF)进行集中治理。
2.功率因数调节:
核心:逆变器需具备无功功率(Q)调节能力,根据电网要求或本地需求,输出或吸收无功功率,将并网点功率因数维持在合格范围(如0.95以上)。
3.电压波动控制:
核心:光伏出力间歇性可能导致配电网末端电压越限。解决方案包括:逆变器调节无功功率(无功调压)、配置储能进行削峰填谷、或有载调压变压器(OLTC)协同控制。
第三类:功率控制能量管理技术
这是提升系统经济性和自主性的核心,是并网的“效益线”。
1.防逆流控制:
核心:在“自发自用,余电上网”模式下,防止光伏发电量大于本地负荷时,电力倒送至上一级电网。分为刚性控制(超限即切机)和柔性控制(通过调节逆变器出力或启停储能/可调负荷)。
2.有功功率控制(AGC):
核心:接收电网调度指令,自动调节光伏电站的有功输出,参与电网调峰。通常需要与储能结合,因为光伏本身难以向下调节。
3.虚拟同步机(VSG)技术:
核心:让逆变器模拟同步发电机的惯性和阻尼特性,为电网提供频率和电压支撑,增强电网抗扰动能力,是构建高比例新能源电网的前沿技术。
4.高级量测体系(AMI)与智能终端:
核心:部署智能电表、智能断路器(如数字微断)等,实现发电、用电数据的分钟级甚至秒级采集,是实施所有精细化管理的数据基础。
第四类:系统集成数字化技术
这是实现智能运维和未来扩展的支柱,是并网的“智慧线”。
1.储能系统集成:
核心:
“光伏+储能”成为标准解决方案。储能用于平滑出力、削峰填谷、备用电源、提升自用率。关键在于光储一体机或双向变流器(PCS)与能源管理系统(EMS)的协同控制。
2.能源管理系统(EMS):
技术核心:系统的大脑。基于发电和负荷预测,对光伏、储能、负荷、电动汽车充电桩等进行优化调度,实现经济最优运行。
3.数字孪生与智能运维:
核心:
通过物联网采集全量数据,在云端构建电站虚拟模型,利用AI算法进行故障预警(如热斑、组串故障)、性能分析(PR值诊断)和自动化运维决策。
4类应用场景技术方案
不同应用场景的痛点、目标和约束条件不同,其关键技术组合与侧重点也截然不同。
场景一:户用屋顶光伏(单点并网,容量<50kW)
核心诉求:安全、简单、经济、高自用率。
关键痛点:防孤岛安全、防逆流、简易运维。
关键技术方案:
1.并网保护:
使用具备标准认证(如CQC/UL)的户用逆变器,内置防孤岛、过欠压/频保护,即插即用。
2.防逆流控制:
采用单点并网防逆流方案。在并网点安装双向电表或智能断路器(如曼顿S2),实时监测净功率。当检测到即将逆流时,通过通信(如PLC、Wi-Fi)指令让逆变器降载运行,或直接控制热水器等可调负荷启动。
3.简易监控:
逆变器自带4G/Wi-Fi通信,用户可通过手机APP查看发电量和收益。
4.可选扩展:
为提升自用率,可配置户用储能电池,形成“光储一体”系统,实现晚间用电自供。
场景二:工商业屋顶光伏(多点并网,容量100kW-数MW)
核心诉求:降低用电成本、保障生产安全、满足电网要求、提升能效。
关键痛点:负荷匹配、电能质量、复杂保护、需量管理。
关键技术方案:
1.多点并网分区管理:
根据厂房内不同变压器或负荷分区,部署多个并网点。每个并网点配置智能并网柜,内置具备高级保护功能的框架断路器或数字微断,实现分区精细化管理和保护。
2.高级电能质量治理:
在主要非线性负载(如空压机、变频器)集中处或并网点,配置有源滤波器(APF)和静止无功发生器(SVG),集中治理谐波和补偿无功,避免污染厂内电网和影响精密设备。
3.柔性防逆流与需量管理:
部署企业级能源管理系统(EMS)。EMS基于负荷预测,动态协调多个并网点的逆变器出力,并联动储能系统和可中断负荷(如空调、充电桩),实现“防逆流”和“需量控制”双重目标,最大化节省电费(基本电费+电度电费)。
4.数字化运维:
采用智能组串式监控,精确到每个组串的电流电压,结合无人机红外巡检和AI诊断平台,实现精准、高效的运维。
场景三:产业园区/大型公共建筑(多业态,光储充一体化)
核心诉求:多能协同、综合能效最优、参与需求响应、打造绿色智慧园区。
关键痛点:多种能源耦合、用能模式复杂、与电网互动需求强。
关键技术方案:
1.“光储充放”微网系统:
核心是微网能源管理系统(MG-EMS)。它统一调度园区内的光伏、储能、电动汽车充电桩(V2G)、柔性负荷(如照明、空调),实现内部能源的优化平衡。
2.虚拟电厂(VPP)技术:
将园区内分散的分布式电源、储能和负荷聚合为一个整体,作为一个“虚拟电厂”参与电网的需求侧响应或辅助服务市场,获取额外收益。
3.交直流混合配网:
前瞻性技术。在园区内部分布直流母线,光伏、储能、直流充电桩、LED照明等直流设备可直接接入,减少交直流转换损耗,提升系统整体效率。
4.全链路数字感知:
从配电变压器到末端插座,广泛部署智能传感器和数字断路器,构建园区“数字能源一张网”,为高级应用提供全量数据支撑。
场景四:农村/农业光伏(“光伏+”模式,如农光互补、渔光互补)
核心诉求:适应复杂环境、保障农业安全生产、降低运维难度、提升综合收益。
关键痛点:环境恶劣(潮湿、腐蚀)、电网薄弱、运维不便、需兼顾农业生产。
关键技术方案:
1.高防护与防PID设计:
逆变器、箱变等设备需采用IP65高防护等级,并具备防PID(电势诱导衰减)功能,以应对高温高湿环境。
2.电压稳定与无功支撑:
由于农村电网末端阻抗大,光伏接入易导致电压升高。逆变器需具备较强的无功调节能力(Q(U)/Q(P)特性),在发电高峰时吸收无功以抑制电压升高。
3.组串级监控与智能清洗:
采用组串式逆变器,可快速定位故障组串。结合无人机巡检和自动清洗机器人,解决大面积场站人工运维难的问题。
4.农业用电定制化方案:
结合灌溉、温控等农业负荷特性,设计光伏出力与农业用电(如喷灌泵、卷帘机)的时序匹配方案,或配置小型储能用于夜间补光、保温等,实现“光伏为农业服务”。