II.配電網(wǎng)對分布式光伏電站的影響
下面，作者介紹一下配電網(wǎng)的故障對分布式光伏電站所造成的影響，以及分布式光伏電站對電網(wǎng)的一個反饋。
電壓跌落與電壓驟升
電壓跌落（又可稱dips）是指在某一時刻電壓的幅值突然偏離正常工作范圍，經(jīng)很短的一段時間后又恢復(fù)到正常水平的現(xiàn)象。電壓跌落的根本原因是流經(jīng)系統(tǒng)的電流突然升高，通常是兩種情況：短路電流或者大負載的切換（例如，異步電機的啟動）。目前，多數(shù)國家的技術(shù)標準都用跌落的幅值和持續(xù)的時間作為描述電壓跌落的特征量，但對幅值大小和持續(xù)時間的界定范圍還未形成統(tǒng)一的標準。以歐標為例，電壓下降范圍在10～99%之間，持續(xù)時間在10ms到1min之間的都定義為電壓跌落。電壓跌落和短路斷路同為電力系統(tǒng)中最嚴重的電能質(zhì)量干擾，嚴重時可以導(dǎo)致設(shè)備失效，它們也是衡量一個電網(wǎng)供電質(zhì)量的基本指標。
電壓驟升是指電壓暫時性上升了額定電壓的10～80%，持續(xù)時間為10ms到1min。這個時間通常與電力系統(tǒng)故障的條件相關(guān)聯(lián)，例如單相接地故障會暫時性引起電壓驟升。一般來說，對于接地的電力系統(tǒng)來說，電壓驟升發(fā)生的幾率小于電壓驟降。
電網(wǎng)的電壓驟降對分布式光伏電站會產(chǎn)生影響，反過來，分布式光伏電站會同樣引起電網(wǎng)運行的擾動。比如，在低電平，一個裝機容量規(guī)模較大的分布式光伏電站由于電網(wǎng)的擾動突然與整個電網(wǎng)斷開，緊接著這種突然斷開會反過來影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。由此可以判斷，合適的分布式電站安裝策略是單個電站裝機容量規(guī)模小，但電站的數(shù)量多，分布廣泛。
低電平的電網(wǎng)擾動引起分布式光伏電站的斷開，突然的斷開又反過來導(dǎo)致電網(wǎng)擾動會迅速傳導(dǎo)到更大區(qū)域內(nèi)，然后再接著引起分布式光伏電站輸出功率的銳減。這一現(xiàn)象說明，隨著分布式光伏電站滲透率的提高，“電網(wǎng)出現(xiàn)故障，第一時間與電網(wǎng)斷開”這一設(shè)計理念不再適合于分布式光伏電站。這就要求分布式光伏電站具有類似風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)所要求的低電壓穿越的功能。
諧波和間諧波電壓
電壓擾動是公共配電網(wǎng)中存在的主要電能質(zhì)量問題。而由電網(wǎng)中非線性荷載引發(fā)的電壓諧波是引發(fā)電壓擾動的主要原因。間諧波往往由較大的電壓波動或沖擊性非線性負荷所引起，如各種變頻調(diào)速裝置等為間諧波波源。
逆變器對于電壓的諧波和間諧波都是非常敏感的，尤其是逆變器進行電能轉(zhuǎn)換階段，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)電壓和頻率出現(xiàn)波動的時候。歐洲的研究人員證明，電壓諧波和間諧波的疊加會對逆變器產(chǎn)生很多危害和嚴重的影響，但是這一點在中國大多數(shù)逆變器廠家的設(shè)計中并未引起足夠重視。
III.逆變器的未來研發(fā)方向
今天，中國的逆變器制造業(yè)取得了長足的進步，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提升，在國際逆變器市場也爭取到了一席之地。但是目前還處于模仿制造階段，缺少自主技術(shù)創(chuàng)新。從業(yè)者都清楚，有原創(chuàng)的技術(shù)創(chuàng)新，中國企業(yè)才會有國際市場份額，才會有民族品牌的崛起。
下面，作者提出幾個逆變器技術(shù)創(chuàng)新突破的方向，供國內(nèi)逆變器廠家參考。
逆變器控制配電網(wǎng)的電壓波動
在并網(wǎng)點處，分布式光伏電站引起電壓驟升，限制了電能并網(wǎng)的能力，盡管很多解決辦法被提出來解決電壓波動的問題，比如過電壓保護等。但是通過逆變器來控制電壓是一種最經(jīng)濟，最方便的方式。
歐洲相關(guān)研究表明，弱電網(wǎng)中使用的逆變器，未來的一個趨勢就是整合電壓調(diào)控功能，這一點也會體現(xiàn)在今后IEC的技術(shù)標準中。由于光伏電站自身運行變化（比如突然的陰天）所引起的電壓變化，事實上不會影響電網(wǎng)的電壓，因為這種光伏電站自身的電壓變化在速度上是非常緩慢的，而且如果光伏電站的輸出功率是面對一個較大的地理范圍，這種變化對配電網(wǎng)電壓的影響更加小。所以逆變器的功能應(yīng)該更多的是調(diào)控電網(wǎng)并網(wǎng)點處配電網(wǎng)一側(cè)的電壓。
逆變器的防諧波電流
按照IEC61000系列標準設(shè)計的逆變器，由其引發(fā)的諧波電流問題可以忽略不計。光伏系統(tǒng)引發(fā)的直流插入問題，目前也未發(fā)現(xiàn)對電網(wǎng)運行產(chǎn)生影響。對于單相16A的大型逆變器，目前國內(nèi)尚無專屬的設(shè)計規(guī)范，但是這一類大型逆變器也會大量應(yīng)用于分布式光伏電站中。而單相16A的大型逆變器是有可能引發(fā)電流諧波的問題，這一點需要重視。
逆變器提高短路容量
在使用地下電纜網(wǎng)絡(luò)的城市地區(qū)，來自于光伏系統(tǒng)的電流與整個網(wǎng)絡(luò)的短路容量相比是非常小的，在故障排除時，不會產(chǎn)生反作用。
但是當具有高滲透率的分布式光伏電站，在具有高阻抗的線路末端一旦發(fā)生故障，光伏系統(tǒng)的電流可能會影響故障檢測與故障排除。在今后的設(shè)計中，逆變器被要求按設(shè)計規(guī)定，提供短期過載電流，一般來說是額定電流的300%，與電網(wǎng)保護裝置相協(xié)調(diào)來幫助故障排除。
逆變器的“低電壓穿越”
電壓的突升與突降會引發(fā)逆變器保護功能的操作跳閘。這種靈敏度會增大過載條件下電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，尤其是對于裝機容量較大的分布式光伏電站所在的電網(wǎng)區(qū)域，這一問題會更加突出。
隨著中國分布式光伏電站的滲透率越來越高，對逆變器的各項技術(shù)要求也會不斷提高，尤其是會要求應(yīng)用于分布式光伏電站的逆變器具有“故障穿越”的功能，類似于應(yīng)用于風(fēng)電分布式技術(shù)中的“低電壓穿越”。
逆變器抵抗電磁感應(yīng)壓力
目前，根據(jù)歐洲關(guān)于負載與發(fā)電量季節(jié)性波動強烈的分布式發(fā)電（包括風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電）的研究表明，使用具有低電壓穿越功能的逆變器，可以用較低的成本大幅度的降低分布式電站與其相聯(lián)的當?shù)仉娋W(wǎng)的運行風(fēng)險。但是同時必須指出的是，逆變器執(zhí)行低電壓穿越功能，其電子元件的壽命會大幅降低，這主要是由于電磁感應(yīng)壓力所造成的。
這也為中國光伏逆變器企業(yè)出了一個科研課題，設(shè)計和生產(chǎn)可以抵抗電磁感應(yīng)壓力的電子元件。
逆變器對電網(wǎng)事故的免疫力
逆變器需要對電壓的諧波和間諧波具有很強的免疫力，目前的脈寬調(diào)制逆變器，對電壓諧波并不敏感，但是對于電壓間諧波非常敏感。因此未來逆變器一個重要的研究方向是，要求逆變器對電壓間諧波同樣具有較強的免疫力，而且要著重研究，逆變器如何預(yù)防，諧波與間諧波疊加造成的傷害。
在作者同國內(nèi)幾家著名的逆變器生產(chǎn)商的售后技術(shù)支持人員的交談中得知，部分廠家有防諧波危害設(shè)計，但是所有的品牌的逆變器對如何預(yù)防電壓諧波和間諧波疊加這種危害仍是個空白。
逆變器的削峰填谷
逆變器結(jié)合用電需求側(cè)管理（Demand Side Management）開創(chuàng)了一種可能性，將電網(wǎng)用戶變?yōu)橐粋€積極的電能消費者，也是電能管理者。從我國近年來來的電力持續(xù)負荷統(tǒng)計來看，全國95%以上的高峰負荷年累計持續(xù)時間只有十幾到幾十個小時，其他時間電力供應(yīng)是相對充足的，很顯然采用增加調(diào)峰發(fā)電裝機的方法來滿足這部分高峰負荷很不經(jīng)濟。
因為光伏發(fā)電的高峰基本和居民白天用電高峰的時間軌跡相吻合，如果采用分布式光伏電站結(jié)合需求側(cè)管理的方法削減這部分高峰負荷，則可以大大緩解電力供需緊張的壓力。這又為逆變器制造企業(yè)提了一個新的方向，結(jié)合用電需求側(cè)管理（Demand Side Management），將逆變器變身為電力智能管理中心。
結(jié)語
截至2014年5月，歐洲大約安裝了4個多GW的分布式電站，其中80%是分布式光伏電站，在分布式電站設(shè)計與建設(shè)方面積累了相當豐富的經(jīng)驗，技術(shù)方面已經(jīng)非常成熟。中國的分布式能源，尤其是分布式光伏電站的建設(shè)剛剛起步，尚缺乏各方面的經(jīng)驗。
目前中國關(guān)于分布式光伏電站的建設(shè)標準，運行時的控制設(shè)置，與電網(wǎng)并網(wǎng)的具體要求等，國內(nèi)尚缺乏一個完整的技術(shù)標準體系，各個省甚至各個地區(qū)都有不同的要求，這大大制約了一次性集中解決分布式光伏電站與電網(wǎng)互動中的一些問題的可能性。分布式光伏電站技術(shù)標準化體系的建立，可以大大促進光伏發(fā)電技術(shù)與電網(wǎng)更好的融合。
而且有一些問題，是和當?shù)鼐唧w條件相關(guān)聯(lián)的。比如地下電纜網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)，又如農(nóng)村電網(wǎng)中廣泛使用的具有較高電感性阻抗的高架線路，這些都可能會影響分布式光伏電站與電網(wǎng)的互動。
現(xiàn)在應(yīng)用在分布式光伏電站中的逆變器，不單單是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，這樣一個簡單的功能。它還提供了很多的附加功能：比如，與電網(wǎng)的管理相協(xié)調(diào)，提升電能質(zhì)量；結(jié)合儲能設(shè)備，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性；避免運行孤島現(xiàn)象以及削峰填谷。未來對于逆變器的設(shè)計要求，要求逆變器對于這些電網(wǎng)的故障具有很強的免疫性；要保證分布式光伏電站的輸出功率保量，也要對電能質(zhì)量保質(zhì)。
逆變器的第一級目標是保質(zhì)保量的為電網(wǎng)提高太陽能轉(zhuǎn)換來的電能，第二級目標就是增加其對電網(wǎng)運行可靠性的可調(diào)控性，同時逆變器要有能力對電網(wǎng)的很多事故具有免疫性。
逆變器未來一個重要的發(fā)展方向就是溝通分布式光伏電站與電網(wǎng)，同時對兩側(cè)進行多樣控制操作，包括電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓波動，電流諧波等。這要求逆變器整合電壓控制技術(shù)，電流控制的可靠性控制算法，既要有短路容量的提升，也要有可靠性標準的孤島檢測。積極整合分布式光伏電站和電網(wǎng)，將用電需求側(cè)管理于光伏逆變器技術(shù)做結(jié)合，將逆變器打造為智能電力管理中心，這將是未來的發(fā)展方向之一。
這一系列逆變器技術(shù)研發(fā)，后面要跟上的是國家專門針對逆變器的技術(shù)規(guī)范的及時出臺。同時電力管理部門和政策制定部門，要著手將逆變器的調(diào)控功能納入到電網(wǎng)調(diào)控體系中來。讓逆變器技術(shù)和光伏技術(shù)一起引領(lǐng)中國一場從化石能源到可再生新能源，從集中供電到分布式的技術(shù)革命。
后言-寫給中國逆變器行業(yè)企業(yè)管理層的話
未來20年，當分布式能源的滲透率超過10～20%，這一具有特殊意義的值后，未來配電系統(tǒng)將變成一種功率交換媒體，即它能收集電力并傳送和分配它們；換而言之，將來它可能不是一個‘配電系統(tǒng)’而是一個‘電力交換系統(tǒng)(Power delivery system)’。
當配電系統(tǒng)出現(xiàn)這樣一個革命性的變化，對整個世界來說，這是一場能源管理與消費方式的革命，沒有任何一個國家可以置身浪潮之外。作者本人把它稱之為第二次能源革命，19世紀以來化石能源主導(dǎo)的年代是第一次能源革命的產(chǎn)物，整個世界使用這一體系長達200年左右。”第二次能源革命“會對未來電網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)產(chǎn)生一個深遠的影響，也就是未來國家基礎(chǔ)建設(shè)投資的一個很大比例是電網(wǎng)改造工程，這樣一個電網(wǎng)改造工程會再次拉動中國的能源相關(guān)類企業(yè)與電力系統(tǒng)配套產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)一個井噴式的發(fā)展。
分布式發(fā)電具有分散、隨機變動等特點，大量的分布式電源的接入，將對配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生極大的影響。逆變器是提高未來配電網(wǎng)運行可靠性的關(guān)鍵一環(huán)。
用電需求側(cè)管理結(jié)合逆變器將會以”智能電表+逆變器+監(jiān)控系統(tǒng)“的整個智能電力管控系統(tǒng)的形式走入千家萬戶，替代今天的家用電表，成為未來主流的電能管理系統(tǒng)。這是一條清晰的更新?lián)Q代路線，電能計數(shù)器，從單向電表到雙向電表，雙向電表到智能電表，智能電表到智能電力監(jiān)控系統(tǒng)。
光伏逆變器是整個分布式光伏發(fā)電的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，可以說它是分布式光伏發(fā)電的靈魂。今天中國90%的光伏逆變器制造設(shè)計企業(yè)，仍然用孤立的眼光把逆變器視為一個獨立的系統(tǒng)，局限于光伏系統(tǒng)之內(nèi)，而沒有把逆變器的功能拓展到電網(wǎng)可靠性管控上面。充分利用逆變器的控制功能，并將其整合到電網(wǎng)管理框架中，這樣可以將逆變器產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益挖掘到最大，讓中國的光伏逆變器制造業(yè)，做大做強。當然想讓市場做大，企業(yè)做強，一個專門具有針對性的專門應(yīng)用于分布式光伏發(fā)電中的逆變器行業(yè)技術(shù)標準是必不可少的。
中國企業(yè)仍然只是處于，在對西方的技術(shù)進行學(xué)習(xí)和模仿階段，這不是因為中國逆變器企業(yè)的工程技術(shù)人員的技術(shù)水平處于學(xué)習(xí)和模仿階段，缺乏創(chuàng)新力，而是企業(yè)管理者和相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)前瞻與技術(shù)視野有相當大的局限性，也就是說我們看不到那么，也就沒有創(chuàng)新的思維。
中國企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃大多是：”活5年，做10年，賺到錢就走，或轉(zhuǎn)型或退隱“。管理者對企業(yè)生命周期信心的不足，也導(dǎo)致了在技術(shù)前瞻性，創(chuàng)新性方面的嚴重缺失。試想一個人覺得自己只有 5年的生命，會想5年以后的事情嗎？中國企業(yè)總是習(xí)慣于，西方國家先科技創(chuàng)新后，然后亦步亦趨的模仿，然后所有人都說”中國企業(yè)缺乏創(chuàng)造力“。這真的冤枉了很多技術(shù)人員，希望企業(yè)決策者和管理者卻把企業(yè)發(fā)展計劃的時間跨度拉長，從五年到十年，從十年到五十年。
只有看的到未來，才會為未來規(guī)劃，并試著掌握未來。
中國人過去是依靠家族傳承，對個體而言，沒有來世，只有今生。雖然個體的生命是短暫的，但是企業(yè)本身是可以傳承的。一個企業(yè)可以傳承的不單是產(chǎn)品，更是文化與精神，喬布斯的兒子沒去掌控蘋果，但是喬布斯的偉大名字與蘋果公司一起被傳頌。
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