分布式光伏智慧解决方案的X项黑科技

我们知道分布式虽然绝对量不大，但是它的增量在增加，分布式应用的容量和场景都在加宽。比如我们场景里面有工商业屋顶、户用屋顶，荒山荒地、鱼塘、农业大棚等等，场景非常多。分布式最大的特征是自发自用，余电上网，在这个条件下，我们来汇总、分析，或者我们来挖掘当前我们的客户，或者我们电站的相关方遇到了哪些问题，基于这些问题，我们深入分析，去提出我们针对性的解决方案。我今天说的是X项黑科技，这里面问题有很多，我们今天抓住几个重点来分享一下，主要我想讲两个点，一个是关于SVG，一个是偏于PID。如果有时间的话，我会再聊一聊直流侧的安全，分布式的光伏发电系统的集中管理系统和我们电网接入友好型方面的解决方案。

做过分布式电站的同仁可能有所体会，当一个分布式光伏电站接入你的厂区的时候，你会发现在关口处的表机里面的功率因素下降得非常厉害，而这样一个下降会给业主带来什么样的问题?你会吃到因功率因素过低而带来的罚单。功率因素是什么意思?功率因素是表征复合的有功功率和无功功率的一个电气参数。这个功率因素到底怎么理解它比较好?有一个人用形象的方式来描述它，说有一杯啤酒，当你往酒杯倒酒的时候，如果倒得太快，你的泡沫就非常多，底下的酒就是有功功率，上面的泡沫就是无功功率。作为我们企业从电网买电的时候，也存在这样一个问题，我是需要从电网获取有功功率，同时因为我负载的特性，也需要从电网获取无功功率，就像一个人，他在吃饭的时候，他需要吃米饭，也需要吃一些青菜，他从电力公司去购买的时候，除了购买米饭，也要购买素材。但是电力公司提供的蔬菜是有限的，当你这个人需要的素材过多的时候就要吃罚单了。

我们看一下，为什么光伏电站加入以后，会导致原有的功率因素下跌，它是和电力系统对用电企业的功率因素的计量方式或者结算方式有密切关系，它不是传统意义上的损失的功率关系，是一个以月为计量周期的能量性的功率因素，也就是说这个月平均的从电网获取的有功功率，和这个月从电网获取的无功功率之间的一个计算公式。当光伏发电的时候，企业从电网获取的有功功率会降低，根据这个功率因素的计算公式，从电网获取的有功的降低会导致功率因素的下降。

我们也可以用非常简单的两个例子来考量，也就是说原来没有分布式发电系统存在的时候，企业需要从电网获取的能量是2的时候，从电网获取无功功率是1的时候，它的功率数是这样一个结果，但是当光伏发电系统在往电网配入能量的时候，用电企业会从电网获取的能量也会减少，所以这个就变成1了，因为无功功率没有发生改变，所以它的有功功率降低了，这就是为什么一个企业、工商业屋顶里面增加了分布式光伏发电系统以后，它的功率因素会降低。

功率因素会降低，我们怎么解决这样一个问题?自然而然我们会想到两个解决方案，第一个是你要增加一个新的SVG设备，要投入这样一个设备，会给你带来成本的增加，你也没有地方放这样的设备，与之配套的还有一个AVC装置，它同样也会带来成本的增加，而且在不需要进行无功补偿的时候，这样一个装置会存在空载的损耗，同样带来一些成本的增加。第二个是通过逆变器来解决，逆变器可以发生无功功率。我们这里有一个案例，过去没有用逆变器的无功功率进行补偿之前，它的平均功率在0.5左右，当把逆变器的无功功率补偿功能发挥之前，这样一个分布式发电系统的功率因素得到有效的提升，平均在0.97以上。如果把光伏逆变器的无功功率的功能发挥出来，做到物尽其用，它要在系统设计的时候引入一个控制理论的负反馈的原理，也就是在关口计量点处进行功率因素的采样，实施采样得到的功率因素和我设定的目标功率因素值进行比较，通过闭环控制的方式，让逆变器的无功进行出力，来达到调整我需要的功率因素的目的。

用这个解决方案以后，可以比我们使用常规的无功补偿装置的方案，带来更多的好处。另一个就是我们的响应时间非常快，常规的SVG是一个被动的过程，它的响应速度比较缓慢，第二个是可以节省很多的初始投资。与之配套的传统的SVG装置需要一个AVC装置跟它协同配合工作，我们开发与之对应的可以替代AVC装置，一个非常低成本的调动功能，一个无功控制器，和光伏逆变器进行配合，可以达到无功补偿的作用。

同时我们知道，在电网的末端，有时候会发生因为电网相对比较弱，也就是我们常说的弱网条件下电压的波动、频率的波动。电压波动和频率波动的问题是怎么解决的?我们可以参考德国的BDW提出的解决方案，就是所谓中压指令。在需要频率调整的时候，可以对有功进行调整，需要对电压进行调整的时候，可以通过无功的方式调整并网点处的电压。如果你的逆变器具有无功补偿功能，我要利用的时候，在我系统设计过程中，是不是就可以不需要传统的SVG装置呢?所以它存在一个设计的边界，也就是说光伏逆变器的无功功能也有它的能力的范围。我们希望的目标是光伏逆变器提供的无功能满足这样一个场景的无功的需求，使得负荷的无功需要让逆变器完全抵消掉，这是一个目标。但是我们知道它有一个条件，我们根据功率因素的渗透率的光伏系统渗透率的关系，可以推出来，有一个必要条件必须要满足，也就是说它的有功功率必须大于3倍的无功功率的需求。这一个边界的必要条件必须在满足的情况下，结合我们渗透率的要求，才会算出来你当前的这个光伏系统里面，光伏逆变器的无功功率的出力能力，是否能满足我这个场景下对功率因素的要求。

前面讲的是我们SVG利用逆变器物尽其用的方式解决在分布式光伏电站里面功率因素问题的要求。

第二个是PID的问题，我印象非常深刻，2013年在江苏的时候，我们谈论在沿海的一个光伏电站发生了非常大的PID的问题。当时有两种解决方案，第一个是说我们组件能不能完全做到不发生PID，第二个是从逆变器厂家从电器侧来看，通过什么方案让这个PID不要发生。PID是分布式光伏发电系统里面的PID病，它和人对应起来就是人得了风湿病。为什么会发生PID问题?因为它一直在潮湿环境下，如果人一直站在潮湿的环境下，你的膝盖骨就受不了，你就会得风湿病，这是一个非常典型的例子。运行了一段时间以后，发生PID问题的这样一个电站，它组件的功率衰减达到34.8%，是非常厉害，非常恐怖的。

前面讲到两种解决方案，组件现在也在慢慢摸索，很多组件的合作伙伴也推出了避免PID的光伏组件，比如说天合的双玻组件，宣称是可以避免PID的。从逆变器端，我们也在思考怎么去解决这个PID问题。从电机端导致引发PID的因素，就是在于光伏组串的负端的对地电位太低了，相当于一个人站在一个坑里，这个坑里面有水，如果你这个人长时间站在有水的坑里，你就慢慢得了风湿病。要让这个人恢复起来，有两种解决方案，第一个，这个人要从这个坑里移出来，站到地面上来，脱离这个水的环境。我们就想到让这个人站在地面去，把这个接上地，就是这个组串的负极接到地上去。还有另外一个方案，就是我们把这个水池的水换干净，人脱离这个潮湿的环境，我们就提出第二个方案，我们采用虚拟的中心点电位，把这个电位给它抬升起来，相当于把水坑里的水给它放掉。

如果对一个分布式使用了组串式解决方案的电站，解决PID的问题，我们也提出一套解决方案，利用我们的PID修复控制器PVP-BOX，采集各个逆变器对地的电位的信息，让每个逆变器组串里面的对地电位都要大于它，如果是虚拟中心点接地的方式，也是组串式方案里面，要把这个水放干净，让组串脱离这样的条件。我们也可以做一个对比，在一个电站当中使用了PID和没有使用PID解决方案的两个非常典型的例子。经过10个月的数据的观察，有PID解决方案的这样一组单元，它的发电量基本上是稳定的，所谓基本稳定，并不是说每个月相同，因为光照是有差异的，但是没有PID解决方案的这一组，和有的那一组做比较的时候，发现他们的发电量的差异百分比在持续的增加，说明了一个非常典型的问题，没有PID方案的这一组单元，组件已经发生了PID问题。我们可以通过夜间的方式，通过反加电压的方式，把已经发生了PID问题的组串恢复回来，这也是我们的一个案例，恢复的效果非常棒。

关于PID这样一个客户困扰的痛点，我们做了非常多的思考和创新，目前我们相关的PID方面的解决专利已经达到14个。

另一个就是分布式发电在接入电网时所面临的一些困惑。是不是我们设计一个电站，在系统安装的时候直接可以接入电网呢?直接可以连一根线去并网点就可以呢?这肯定是不行的，因为有一个分布式光伏电站接入配电网的标准，这样一个标准要求，这样一个接入方案，必须具有几大功能，一次接入、二次监测、通讯、调度、计量、结算等等。如果所有单元都单独去采购，去设计、去调试，那是非常麻烦的一件事情，而且当问题发生了以后，需要售后，需要维护的时候，可能你需要去找多家公司来协调解决这样一个问题，但是如果应用一套解决方案来解决这个问题，你就只需找阳光电源一家公司就可以，这是一个分布式光伏电站的综合解决方案。

分布式屋顶，如果我的企业里面，我的厂房装了分布式电站，我很难想象我还要组建一个屋顶电站的运维班子，这样带来了一个问题，如果招的人多，这个电站容量小，这个人是不是有点浪费?边际成本太高了。如果我不招人，又没有专业人员帮我运维，那我这个电站发电量会有损失。当我的公司开了很多子公司，我的屋顶上都要做这样一个系统，问题更麻烦了，这样一个分布式电站系统，大量的运维问题就变得非常突出。如何来更好地解决分布式光伏电站运维的问题，让运维的边际成本降到最低，它的解决方案就是要集中式进行管理运维。

比如我在一个城市，或者一个市，或者一个省，在这个区域范围内建立这样一个系统，让这些分布式电站接入进来，让运维的边际成本做到最低，你作为一个业主，我们作为这个电站的接入方和运维方，你就可以做到非常省心，可以更低成本的让你的电站更健康地运营，获得更高的收益。

直流侧的接入同样也存在一些安全的问题。直流侧的问题，如何能让它做得更加安全?一个是保护，一个是测量，我测量以后的保护，或者是发生故障状态以后的及时保护，或者未发生故障之前的预判。如果你的数据的颗粒度做得更低，可以做到更精细化的去提前故障模式识别，比如说原来我们做组串级的监控，现在我要做到组件级，而且组件级的监控的信息可以传递到逆变器里面，为逆变器来管理光伏系统的运行，提供了一个决策的判断的数据依据。逆变器直流侧，大家担心的可能就是火灾怎么办，人触电了怎么办。我想举一个例子，在公交车或者大巴里面，它有一个这样的逃生窗口，逃生窗口边通常会放一些安全锤，在这个位置上画了一个圈，那个圈表示那是玻璃最脆弱的地方，当需要紧急逃生的时候，你只要拿着安全锤照着那个地方砸一下，玻璃就碎了，你就能逃离了。同样对光伏逆变器来讲，我们需要这样一个保护装置，或者我们叫熔断机制，当异常或故障发生的时候，尽快让故障状态消失，让整个系统进入安全状态，让我们的人快速逃离有灾难的大巴。这就是直流侧要加熔丝的根本原因，如果没有加熔丝的话，发生了故障，故障状态一直会持续，直到起火烧掉为止。

这就是阳光电源提出的一个完整的针对分布式光伏发电系统的解决方案。

今天因为时间有限，分布式光伏发电系统的主要的困惑点、痛点做了分析，也提出了我们的解决方案。尤其是重点把我们对SVG和PID的解决方法跟大家做了一个介绍，我的介绍就到这里，谢谢大家。