![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
2024光伏发电站场内及并网安全技术白皮书.pdf
《2024光伏发电站场内及并网安全技术白皮书.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2024光伏发电站场内及并网安全技术白皮书.pdf(17页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、目 录场内设备侧典型故障 06接地故障 06直流线缆反接故障 06端子接触故障 06交流侧喷弧故障 07交流绝缘故障 07电网侧典型故障 08电网高电压穿越故障引发设备安全问题 08电网低电压穿越故障引发设备安全问题 08低 SCR 下谐波控制差引发的设备安全问题 08宽频振荡导致的设备安全问题 10光伏电站安全问题及典型案例分析背景 02040102电站场内设备和并网安全设计结语安全应用&实践113023安全设计理念 12光伏电站电气安全设计框架及技术 12电站场内设备安全 13电站并网安全技术要求与设计 19场内设备安全应用&实践24智能组串分断实践流域高原场景 24绝缘监测与定位技术实践
2、海光/水光场景 25端子温度监测实践沙戈荒场 26交流安全应用实践 27并网安全应用&实践 28并网支撑实践 28构网支撑实践 290101020201光伏发电站场内及并网安全技术白皮书2023 年,新能源按下加速键。习总书记在 22 年提出新能源高质量发展的要求后,又在去年底提出了大力发展“新质生产力”。在光伏领域,一系列支持政策陆续落地,光伏未来的增长空间是确定的。2023 年政策、商业、技术驱动光伏行业快速增长。流域高原、沙戈荒、农光、水光、海光等场景空间倍增,加速光伏成为主力能源。根据 BloombergNEF 的最新预测,预计在 2025 年 2030 年,年平均装机容量将超过 70
3、0GW;到 2030 年,全球累计光伏装机容量将达到 6.7TW。700GW6.7TW在新能源快速增长可见的同时,我们看到现在清洁能源大基地的设计、建设与运营也进入了深水区,挑战与日俱增。且具体的挑战内容也随着产业发展而不断变化:由早期追求极致的度电成本,转向对并网消纳、供电安全、设备安全、生产安全、用地、质量、运维等多维度多层次的挑战。海量的新能源设备,从建设到运维,安全永远是光伏电站稳定运行的基石。2023 年,华为联合鉴衡发布光伏电站智能安全技术白皮书,全面深入地分析了光伏电站电气安全问题及事故案例,系统地介绍了光伏电站安全防护领域的最新技术与实践;助力了光伏电站智能安全防护技术的应用,
4、在业界形成很好的反响,引领行业向智能组串分断、智能端子检测等技术演进发展,同时相关安全特性也被 GB/T 43056-2023沙漠光伏电站技术要求等标准收录,形成行业的统一要求。今年,华为经过一年的研究和思考,针对安全特性进行了细化;同时,也在光伏电站现场进行了实证、对比和GW级大规模的应用。我们认为,仅从设备本体维度的静态安全还不能保障整个系统的电气安全,还需要考虑设备运行并网后,对电网侧故障的安全防护,来达到动态的运行安全和支撑电网安全。从而做到在电站的整个生命周期都能安全稳定并网。本白皮书通过对安全特性进行具体指标的分层分级,旨在帮助光伏电站安全建立统一评价标准,促进光伏产业健康稳定发展
5、。背景2025 年 2030 年年平均装机容量将超过全球累计光伏装机容量将达到0203光伏发电站场内及并网安全技术白皮书光伏电站安全问题及典型案例分析光伏电站安全问题及典型案例分析特殊的地质条件等因素可能导致结构形变、引起端子松脱,继而使得端子两侧的电压击穿空气后产生持续的放电效应,也就是所谓的拉弧;直流拉弧的温度可瞬间高达 3000,并且会持续燃烧,极易烧坏端子,甚至可能造成更恶劣的后果。下图是由于大风、土地沉降等因素长期影响导致接触劣化的案例。高湿高盐雾的环境下,绝缘故障是主要的安全风险之一。绝缘失效大多是由于电场、热、化学等因素综合作用下,绝缘材料的绝缘性能降低,导致绝缘性能破坏。绝缘失
6、效的主要表现形式为绝缘击穿,当施加于电介质的电场强度高于临界值或者在一定电场强度下,电介质由于环境等影响,绝缘电阻值低于临界值,通过电介质的电流会突然猛增,使绝缘材料的绝缘性能被破坏,丧失绝缘能力,这种现象通常也称为电介质击穿,最终导致火灾等严重后果。近海场景,直流线缆、接线盒、交流线缆、接线端子等容易被腐蚀,难以避免会影响绝缘性能,如降低爬电距离等,从而可能导致逆变器单板/模块绝缘失效/过热,进而引发打火,造成整体逆变器烧毁。随着 N 型组件技术、IGBT 等半导体器件的持续发展,如组件、逆变器等光伏电站核心设备的功率密度逐渐提高;由此而带来的安全问题更易产生,可能造成的后果也愈加恶劣。同时
7、,由于地面电站的应用场景由传统单一的平地,逐渐往沙戈荒、山地、海光、流域高原等复杂场景演变,多变的环境特征也使得安全问题愈加突出。农光场景 土地沉降导致端子接触不良 海光场景导致的设备腐蚀问题集装箱面漆脱落PCB 腐蚀导致连接不可靠配电柜腐蚀接插件腐蚀至脱落生锈导致门损坏进风口铁丝网腐蚀海光或盐碱滩涂等场景0405光伏发电站场内及并网安全技术白皮书光伏电站安全问题及典型案例分析安全问题除了按照以上场景分类,也可以根据发生的位置,分为设备侧、电网侧等几大类。场内设备侧典型故障接地故障直流线缆反接故障交流侧喷弧故障交流绝缘故障端子接触故障接地故障是目前电站安全问题里发生概率最高,也最突出的一类。根
8、据第三方机构统计,超过一半的光伏电站火灾是由接地故障引起。在光伏电站中,光伏组件-汇流箱(如有)-逆变器-箱变之间的线缆大多为直接埋地铺设,而光伏组件、接线盒、直流电缆、汇流箱、逆变器、交流电缆、接线端子等各环节易出现绝缘层破损并与地面接触,引起输电导线对地绝缘下降。一旦形成漏电回路,将会造成局部发热或者电火花,严重时甚至会引发火灾等严重后果。在电站前期施工接线时,由于线缆多且长,端子公母头容易接反,从而出现直流反接问题。传统多路并联方案中采用熔丝进行过流保护,如果出现一路组串直流反接,故障回路电压可能会达到组串电压的两倍,现有的 1500V 熔丝可能无法可靠分断,出现爆裂和起火。光伏电站交流
9、侧防护相对成熟、相关标准也相对完善,但当系统发生短路故障时,断路器分断故障电流可能会引起电弧。电弧是离子化的高温气体流,在电弧被引燃的初期,空气急剧爆燃产生的冲击波和随后的高温气流会对人体和设备带来极大危害。新能源电站存在大量地埋电缆,在电缆敷设过程中以及后期运维过程中,都有可能引起电缆绝缘破损、老化等问题,导致对地绝缘下降,甚至引起接地故障。新能源电站低压侧一般采用中性点不接地系统,对系统对地的绝缘电阻进行监测是保证运维人身安全的重要手段。光伏电站中存在大量的端子连接,端子接触不良引发的故障也是常见的电站安全问题。以一个 100MW 电站为例,电站共有 7000 多个组串,需要 14000
10、多个直流端子连接。导致端子接触故障的原因包括,在端子生产过程中因加工不到位会导致金属芯压接不良,在电站施工阶段因操作不规范会导致端子插接不到位,在电站运营阶段由于外力导致端子接触点之间产生应力从而造成端子虚接。01 端子故障过温 端子过温导致的起火事故 箱变喷弧引发的安全事故 箱变中压故障图端子接触不良带来的直接影响即端子过温,但是由于逆变器直流端子通常无法进行温度检测,这种故障非常容易从一个小故障扩散到大故障,引起直流拉弧/过热起火等现象。高压击穿现场安装或连接不良湿度、灰尘或污染引起的腐蚀0607光伏发电站场内及并网安全技术白皮书光伏电站安全问题及典型案例分析高比例新能源渗透率下,高比例电
11、力电子设备控制和对电网支撑能力不足,不仅影响电力系统的稳定性,同样带来很多电气设备损坏和电气安全问题;多地曾经出现过逆变器硬件设计能力不足、逆变器高低穿或谐波控制不足,导致设备故障或引发上层系统保护等问题。电网侧典型故障电网高电压穿越故障引发设备安全问题电网低电压穿越故障引发设备安全问题低 SCR 下谐波控制差引发的设备安全问题当电网发生高电压穿越故障时,电网电压的升高会导致逆变器交流侧电压的抬升,一般最高会到 1.3 倍的额定电压。对于直流转交流的一级电路,在没有第二级直流转直流的稳压电路作用时,当电网交流电压升高,直流侧电压也会随之升高,从而偏离组件的最大功率点,使得输出功率下降,影响稳定
12、运行;直流侧电压若不抬升,则会出现交流电压高于直流电压,可能会产生反灌等风险。2020 年东北地区某电站,就出现过弱电网下部分逆变器低电压穿越失败,导致设备损坏的事故。事故起源于电网发生的相间短路故障,导致 AB 相电压发生畸变,场站内的逆变器低电压故障穿越失败发生停机,同时因其自身的控制原因,发生逆功率导致设备发生损坏。电站40个子阵中约35个子阵发生类似问题,导致了为期两周的停机事故,损失发电量约 3%。国内出现多例谐波大导致线路跳闸/设备损坏等故障问题,特别是分布式电站项目,由于本地负载多,谐波问题更加突出;02 低电压穿越故障波形 西北某光伏项目故障波形图 江苏某项目谐波耐受能力差,内
13、部 LC 滤波电路批量故障 华南某光伏项目故障现场图 浙江某项目设备并网谐波大,设备损坏华南某项目,上午发现集电线下某厂家逆变器出现约 100 台告警且存在箱体盖板鼓起现象,集电线箱变低压侧塑壳断路器大多数均跳开,查看箱变低压侧塑壳断路器发现有拉弧痕迹;排查发现 35kV 电网上有高次谐波和尖峰电压产生。西北某光伏项目,引起 35kV 侧谐波振荡,导致电站部分电压互感器等设备损坏,线路跳闸。浙江某分布式电站项目,逆变器并网谐波大,尖峰电压高,逆变器 AC 防雷的器件批量损坏,并引起上层箱变跳闸,设备损坏。江苏某分布式电站项目,电网有一定背景谐波,逆变器控制和谐波耐受能力差,内部 LC 滤波电路
14、批量故障。案例 Case案例 Case案例 Case案例 Case0809电站场内设备和并网安全设计光伏发电站场内及并网安全技术白皮书宽频振荡导致的设备安全问题随着新能源比例的不断提高,电力电子设备之间及其与电网之间由于多种功率调节设备的共同作用,可能在更宽的频带上产生弱阻尼甚至负阻尼现象,引发电气量随时间周期产生波动,从而导致宽频振荡问题。大规模新能源并网后,由于电力电子设备存在多种控制模式,系统振荡问题将更加复杂。河北沽源某风电场功率振荡逆变器并网设备、SVG 设备控制谐波能力不足,引起设备关机、其他系统振荡问题也多次发生,这对于光伏并网设备在不同电网工况下的谐波耐受能力,谐波抑制能力提出
15、较高的要求。电站场内设备和并网安全设计有功功率/MW时间30025020015010050014:12:0014:13:0014:14:0014:12:3014:13:3014:14:30机组脱网发散振荡旁路串补1110光伏发电站场内及并网安全技术白皮书电站场内设备和并网安全设计安全设计理念光伏电站电气安全设计框架及技术0102光伏电站电气故障具有形式多样、原因复杂的特点,发生电气安全故障的原因也不仅存在于设备本体,还需要考虑设备并网运行后,来自电网的故障扩散。从系统角度,做到安全规划、设计安全、设备安全、建设安全,并网运行安全,杜绝安全事故的发生。在 2023 年通过数字化、智能化手段提升系
16、统安全的基础上,2024 年进一步延伸安全特性,增加了智能绝缘监测防护、和面对电网故障而维持自身设备安全的防护功能,从而保证对内对外均可以实现光伏电站的安全稳定运行。绝缘失效是光伏电站中十分常见的故障,尤其在海光、水光、山地及南方高温高湿场景下绝缘问题更加突出。根据 NB 32004 规范的 7.10.1 条方阵绝缘阻抗检测要求,与不接地光伏方阵连接的逆变器在系统启动前测量光伏方阵输入端与地之间的绝缘电阻,如果阻抗小于 Umaxpv/30mA(Umaxpv 是光伏方阵最大输出电压),逆变器必须上报告警。此外,如果是非电气隔离的逆变器还要求限制接入电网。光伏逆变器在系统启动前均会按照该要求进行一
17、次对地绝缘检测,当出现绝缘故障时,对应的逆变器会上报告警,绝缘故障可以定位到对应的逆变器。但由于逆变器不能进一步判断出具体的故障位置,因此,故障点查找需要人工完成,不但要考虑运维检修人员的安全,随着光伏逆变器功率增大、组串数量增加,故障排查和定位的难度和时间也成倍上升。华为通过数字化、智能化手段,采用绝缘监测与定位技术,在逆变器检测到对地绝缘阻抗低时,自动启动绝缘定位功能,通过智能感知电压的变化,自动定位识别到故障点所在的 MPPT 和故障点在组串中的位置,大大缩短了故障定位时间,在有效保护业主资产和人身安全的前提下,指导现场运维人员,通过点对点的二次鉴定故障、消除故障,有效解决光伏场地大、设
18、备多、故障查找难,消除故障更难的痛点。电站场内设备安全绝缘监测与定位技术 绝缘监测方案对比 基于电流、电压、阻抗、温度(I/V/R/T)等数据做全面安全诊断传统解决方案华为方案 无法确定具体故障位置 无法确认故障电池板位置 可检测出故障 MPPT 可检测出 MPPT 级电池板位置交直流及系统故障识别DC 线缆DC 侧AC 线缆AC 侧中压侧低压侧系统故障定位系统保护隔离直流绝缘故障检测(R)直流绝缘故障定位(V)智能直流分断(I/V)DC 端子温度检测(T)低压分断及燃弧保护(I)中压分断及保护高效防护智能风扇异常诊断(T)高低电压穿越(V)谐波抑制(I)AC 端子温度(T)绝缘监控(R/V)
19、AC 接地异常检测(R/V)并网数据监控(I/V)并网故障防护1213光伏发电站场内及并网安全技术白皮书电站场内设备和并网安全设计等级标准定位精度%成功率L1子阵级:定位到子阵100100%L2逆变器级:定位到逆变器100100%L3MPPT 级:自动定位到 MPPT100100%L4组件级:自动定位到故障 MPPT 和故障点2 片组件100%L5预留预留预留北京鉴衡认证中心协同华为及相关企业已把该特性写成规范和认证。绝缘定位分级按检测定位范围分为子阵级、逆变器级、MPPT 级、组件级。2024 年华为获得北京鉴衡认证中心颁发的首张绝缘阻抗检测及定位性能最高 L4 等级认证证书注:设备本体功能
20、结合现场操作,实现组件级结果2024 年华为获得北京鉴衡认证中心颁发的首张智能端子温度保护性能最高 L4 等级认证证书 绝缘监测与定位技术分级标准传统方案中,逆变器的直流端子固定在逆变器外结构件上,端子尾部通过线束走线,经直流开关连接到 PCB 板上。传统方案在设计、制造上相对简单,需要直流端子逐一穿孔、定位、紧固,绝缘件固定后人工插入 PIN 针,生产效率低,且容易出现插入不到位的问题;一旦端子处产生虚接、损坏等,将在连接异常处发热,直到异常发热损坏绝缘或导体热熔产生电弧造成事故扩大,这时逆变器才会检测到异常信号,但此时为时已晚,不但会造成设备本体损坏,可能导致连接线缆烧坏,甚至引起火灾,造
21、成设备不可估量的损失。为了解决直流端子插接不到位、压接不良、基础不均匀沉降或腐蚀等因素导致的接触不良,产生的异常温升烧坏设备等事故,华为创新性地采用端子上板设计,使用定制的 PCB 电路板,将端子插入其中,通过波峰焊焊接固定,免除人工插 PIN 针和穿线,规避人工穿线不到位导致的直流端子插接不牢的风险,并减少电流引接环节,从设计、生产、制造上保障高可靠性。端子上板后,可实现在端子通流点附近增加 NTC 传感器,就有了将数字化、智能化融入端子检测的基础数据采集,继而通过 PCB 板上的信号链路进行数据传输,最后经由芯片进行信号检测、智能端子检测技术数据计算与处理,实现智能端子温度检测。智能端子温
22、度检测可实时检测端子温度,当遇到端子插接不到位、金属芯压接不良、外力导致交流端子、直流端子温度出现异常时,逆变器通过判断并启动保护,避免故障进一步恶化和扩散,从而保护电站设备和财产安全。智能端子温度检测现已经形成规范,按其保护范围和精度,规范将其总共分成 4 级,分级如下。端子检测综合等级评定表L1L2L3L4L5检测范围检测类型直流输入端子直流输入端子直流输入端子和交流输出端子直流输入端子和交流输出端子预留采样点数60%端子数80%端子数80%端子数100%端子数电压范围1全电压范围全电压范围全电压范围全电压范围电流范围2全电流范围全电流范围全电流范围全电流范围温度范围3全工作温度范围全工作
23、温度范围全工作温度范围全工作温度范围温度输出分辨率MPPT 级MPPT 级MPPT 级MPPT 级测量温度误差5432保护情况保护温度精度5%/55%/52%/22%/2保护温度一致性95%96%97%98%保护时间精度45%/5s5%/5s2%/2s2%/2s保护时间一致性595%96%97%98%准确率100%100%100%100%注 1:电压范围,指功率转换设备的直流输入电压范围,交流输出电压范围;注 2:电流范围,指功率转换设备的直流输入电流范围(0 最大输入电流),交流输出电流范围(0 最大输出电流);注 3:温度范围,指功率转换设备的工作温度范围;注 4:精度=(实测保护值-预期
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 2024 发电站 场内 并网 安全技术 白皮书
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【宇***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【宇***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。