然而，新能源發(fā)電普遍具有波動(dòng)性強、調控能力差、暫態(tài)弱支撐等特點(diǎn)，對電網(wǎng)安全穩定運行帶來(lái)較大挑戰，解決“電網(wǎng)友好性”相關(guān)問(wèn)題，是新能源大規模發(fā)展和應用的重要一環(huán)，也是助力“碳中和”目標早日實(shí)現所必須解決的問(wèn)題。
一、新能源“電網(wǎng)適應能力不足”已經(jīng)暴露
高比例的新能源，改變了傳統電力系統以火力同步發(fā)電機為主的運行方式。
在新能源占比較低的時(shí)候，其并網(wǎng)性能對電網(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)的安全運行。
2020年底，全國風(fēng)電、光伏累計裝機占比達到24.3%，青海甚至達到60%，電網(wǎng)友好性相關(guān)問(wèn)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)生大規模停電事故，最終造成英格蘭與威爾士大部分地區停電，約有100萬(wàn)人受到停電影響。2016年9月28日，新能源滲透率高達50%的南澳大利亞州，受臺風(fēng)和暴雨等極端天氣影響，引起電壓跌落導致大量風(fēng)機脫網(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(wèn)題也時(shí)有發(fā)生，過(guò)電壓?jiǎn)?wèn)題、諧振問(wèn)題、電壓穩定問(wèn)題、次同步振蕩等這一系列問(wèn)題背后，都和我國新能源比例快速攀升直接相關(guān)。這些問(wèn)題充分暴露了新能源發(fā)電的電網(wǎng)適應能力不足。
二、逆變器廠(chǎng)家“比拼”電網(wǎng)友好能力
針對快速發(fā)展的新能源，各國電力監管機構不斷加強監管要求。作者走訪(fǎng)了解到，中國、美國、歐洲、拉美等主要市場(chǎng)過(guò)去幾年均密集出臺了新能源監管政策，部分技術(shù)指標甚至對頭部制造商都造成挑戰。2020年初，逆變器廠(chǎng)家也逐步意識到電網(wǎng)友好性可能成為其產(chǎn)品的主要賣(mài)點(diǎn)之一，通過(guò)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的弱電網(wǎng)適應能力(短路容量比是衡量電網(wǎng)強弱的一個(gè)指標，短路容量比越低，電網(wǎng)越容易受到新能源的影響)，并且成為設備價(jià)格、效率之外的又一個(gè)比拼項目。 “短路比”(國際上對應概念為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)情況下保持穩態(tài)運行、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標，都有可能導致電站發(fā)生脫網(wǎng)、震蕩、諧波大幅提高、甚至設備損壞等問(wèn)題或事故。
澳洲多個(gè)集中式方案光伏電站，不滿(mǎn)足電網(wǎng)新要求，導致電站無(wú)法并網(wǎng)，造成客戶(hù)經(jīng)濟損失 目前，行業(yè)內已經(jīng)有很多企業(yè)宣稱(chēng)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(mén)、機構認真考證和檢驗。否則，國外大規模停電事故，很有可能在國內上演。盡管行業(yè)內對電網(wǎng)友好的重要性有共識，實(shí)際落地效果與預期總有偏差。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，甚至更好的支撐電網(wǎng)，成為行業(yè)迫切需要重視的問(wèn)題。
三、并網(wǎng)要真實(shí)力，真實(shí)例
2021年伊始，各光伏企業(yè)陸續推出新技術(shù)、新特性的新產(chǎn)品?？梢园l(fā)現，電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)依然是廠(chǎng)家宣傳中的重點(diǎn)，部分頭部廠(chǎng)家在2020年基礎上更進(jìn)一步，例如提出短路容量比1.2適應能力(即適應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甄別。技術(shù)規格應該是經(jīng)過(guò)實(shí)驗室和現場(chǎng)充分驗證的結論，要防止片面的追求和呈現單方面的指標，而脫離了實(shí)際運行環(huán)境。在實(shí)際環(huán)境中，電網(wǎng)強度實(shí)時(shí)波動(dòng)，電網(wǎng)結構、特征多種多樣，負載類(lèi)型多變，新能源電站如何完整地應對各類(lèi)運行工況的挑戰，依然是當今需要不斷探究的問(wèn)題。為了真正實(shí)現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(mén)、發(fā)電企業(yè)、設備廠(chǎng)家、行業(yè)監管者的齊心協(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(wèn)題依然存在。同樣規格、都宣稱(chēng)可支持SCR1.5的逆變器，在實(shí)際應用中差別很大。比如，在實(shí)驗室測試中，有些逆變器廠(chǎng)家在弱電網(wǎng)SCR1.5工況下可以保持良好運行，有的則早早關(guān)機脫網(wǎng);當設備在現場(chǎng)投運后，有的可以在弱電網(wǎng)環(huán)境下穩定運行，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(shuō)明：該電站劃分2個(gè)區塊分別用了兩個(gè)廠(chǎng)家的逆變器設備，2020年某一天現場(chǎng)由于天氣原因發(fā)生低電壓?jiǎn)?wèn)題，是真正考驗設備的低電壓穿越能力的時(shí)候，結果其中一個(gè)廠(chǎng)家逆變器順利完成了低電壓穿越，該區塊正常運行，而另外一個(gè)廠(chǎng)家逆變器卻出現大面積跳閘，導致停電2周，設備也出現了大量損壞?？梢?jiàn)，并網(wǎng)需要真實(shí)力。在2020年，某大型發(fā)電企業(yè)委托第三方權威實(shí)驗室，盲測了當前市場(chǎng)的幾個(gè)主力產(chǎn)品的并網(wǎng)友好性相關(guān)指標，結果讓人大跌眼鏡，其中只有一款產(chǎn)品滿(mǎn)足其宣稱(chēng)指標，其余都和宣傳的偏離甚大，如下表以低穿、諧波、弱電網(wǎng)支撐等指標為例：
四、實(shí)驗室實(shí)際測試數據
當前，行業(yè)內既有具備高技術(shù)水平的廠(chǎng)家，也有濫竽充數的。長(cháng)此以往，會(huì )降低外界對行業(yè)發(fā)展前景的信心!很多時(shí)候，規范行業(yè)的發(fā)展，光靠企業(yè)自覺(jué)是不夠的，建議產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)部門(mén)要加強監管、監督測試，權威認證機構也要加強盲測、盲查力度，大型發(fā)電企業(yè)也應建立自己的測試機構或者委托權威機構，主動(dòng)對逆變器電網(wǎng)適應能力的真實(shí)水平進(jìn)行檢測。
規范行業(yè)行為，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，道阻且長(cháng)，行則將至。響應“3060”的號召，“十四五”新能源比例必將大幅提升，電網(wǎng)友好問(wèn)題，已迫在眉睫;我們呼吁更多的優(yōu)秀廠(chǎng)家，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈共同努力，共同創(chuàng )新，才能真正實(shí)現光伏的主力能源理想。
