王伟胜：分布式光伏接入电网、超高压直交流技术的发展方向

世纪新能源网消息：2014年11月19日第14届中国光伏大会在北京亮马河大厦会议中心成功举办，中国电力科学研究院新能源研究所所长王伟胜发表了《分布式光伏接入电网、超高压直交流技术的发展方向 》的演讲，下面为现场实录：

新能源研究所我们是研究风电、光伏这种可再生能源进入电网的有关技术，是光伏应用的一个环节，工作机会也和光伏同仁经常在一起开会，大家讲电池的时候我确实听不懂，但是希望我讲的大家尽量能够听明白一些。光伏发电，光伏未来发展的前景和光伏产业本身的技术进步这个东西大家都是勿庸置疑的，真正要把电，因为电的特殊属性，发这个电要用，涉及到接网的问题，涉及到和一些接网的有关技术也好，和相应一些配套支撑，主要的内容我想是以下几个方面，第一个，首先我们了解光伏是什么特性，电源来讲什么特性，最主要手段是仿真。设备什么特性，可能我们需要一些实证，当然实证本身也是研发的平台和手段。第三，天有不测风云，我们对风电和光伏我们必须要测它明天什么时刻能发多少电，这个是我们做的预测的工作。第四个方面预测，知道它什么特性，知道它什么出力，要把它用好，优先调度，把它用好，首先要保证风电包括光伏的，首先满足它的出力，不要发生现出力的情况。这个标准是我们每个技术方面，最后我们都需要形成一个标准来规范和引导这些行业的一些发展和技术进步，所以我的报告主要分为五个方面内容。

先看一下目前这个行业的发展状况，这里必须把风电和光伏一起来说，第一个风电和光伏发展都很快，第二个风电和光伏未来发展空间非常大，大家都在讲风电和光伏目前一些出力受限的情况，大家可能社会的焦点也都非常不理解，因为只有这么点，怎么就会接不进去，弃风也好弃光也好，因为弃光在有些地区已经出现了，而且如果我们不采取一些办法的话可能这个问题也会像风电一样比较严重，这是我们不愿意看到的，第一发展很快，总量来讲，风电电量去年只有不到3%，装机容量6%，包括2050年也好，2030年也好，目标非常远大，这个问题必须解决。

这是从全国来讲，比例很低，但是已经出了问题。第二个，这个数据也是更新到10月底，给大家报告一下，从目前风电按省级电网来讲，风电超过500万千瓦的是7个，分别是蒙西、蒙东，是两个省级电力公司，甘肃、冀北、新疆、辽宁、山东，都是超过20%的，时间关系不详细说了，最高的是冀北接近40%，未来几年有黑龙江17%，吉林19.9%，宁夏16%，都非常接近20%，甚至到明年或者三到五年之内，我们可以预期有10个省，以上省要20%。再看一下光伏，光伏数据比较旧，没有更新，光伏这几年发展比较快，主要装在最大的就是甘肃、新疆、青海，这三个省，我们统计是绝大部分装在那个地方，这个地方意味着我们国家省级电网还是一个平衡区大家在和国外同仁讨论的时候，一个省级电网是一个平衡区域间歇式不确定的，和老外经常谈平衡区，必须保证由于电的属性以及储能在短期内不可能发生一个彻底来改变整个电力系统的属性，因此这个水电平衡仍然是一个挑战，因为省级电网是一个平衡，当新能源在省级电网里边超过20%30%，甚至更高的时候，这是马上能看得见的事，因此在这些公司来讲确实面临一些挑战。风电光伏加在一起必须彼此考虑。

风电和光伏并网，为什么风电光伏我们研究并网问题，我本身学电力系统的，我刚到这个行业里边这个领域工作的时候，我记得的第一个有印象的电话，一个领导问我到底能装多少风电和光伏，这个事大家既非常关注，另外这个事情很难给大家一个准确的答复。风电和光伏，我们为什么只研究风电光伏，因为是它这种属性，不确定性和波动性，我们为什么不研究火电呢，为什么不研究三峡呢，三峡那么大。其实火电，三峡应该讲是研究了，但是当时没有叫并网，但是三峡的工程花了很大的气力研究修建方案和市场消纳空间，到底风电分给谁，三峡各个省是互相推的，后来变成互相抢，实际做了很多的工作，包括三峡。由于新能源的特殊性，在并网方面我们认为是两个问题，四个研究方向。

第一个，有关安全的，你必须是很可靠的很安全的，围绕这个两个研究手段，第一个，最基本的研究电力系统最基本的手段就是仿真，我要知道你是个什么样的模型，我加进来以后能够计算。第二个，实验检测，就是实证，包括模型建立以及产品的性能要经过检测来确认，这是有关围绕稳定运行的。第二个，消纳，我把电用掉，第一个就是消纳的前提是要预知把不确定的问题变成一个基本确定的，预知是一个基础。第二个，预测以后再来把光伏和常规电源进行统筹，能够优先的实现光伏优先消纳。

并网仿真，从我们来看，电池的特性，我们只知道IV曲线我们能看到，再往前的东西我们确实看不懂也看不见，作为电源来讲最主要看它是什么样的出力，出力变化是什么。第二个，光伏的发电全部是经过逆变器并网，电力电子的东西相对于发电机来讲有好的方面，可能快，可能灵活，但是它没有电池个大，相对于同步发电机来讲可能比较娇贵，比较娇嫩，比常规发电机组要严格，我们主要关心它的一个出力的变化和逆变器的特性。我们知道它的特性以后，第一步，要做一个凡是对大家谈到的风电和光伏发展当中问题，我觉得现在对于规划大家的共识也是非常高的，你的规划阶段就需要考虑。包括常规电源的电网的规划，这个是第一步。我们也在这方面做了一些工作，举个例子，比方说分布式，分布式的规划到底应该怎么来做，这是支撑规划的工作之一，我们认为我们工具，这个地方分布式光伏的话第一个肯定考虑资源条件，这是我们可再生能源由于资源的属性，首先是考虑资源条件，太阳能资源条件，当然还有屋顶和安装条件，但是我们资源条件，第二个就是负荷，负荷，这个地方是什么样的负荷需求，什么样一个用电，当然第三个电网条件，因为电网条件，可以说是电网跟着可再生能源来满足可再生能源的需求，但是这个在具体每一个项目来讲，它到底受不受其他方面的制约，以及它的可行性，我觉得也是需要关注的。我们在这方面也做了工作，8760你的资源状况、用电需求、考虑电网条件，我们可以实现一个共赢，这个共赢第一个就是开发了可再生能源，第二个就是提高了电网的供电的可靠性，第三个可能对系统的网损做好的话也可以是正面的影响。做这个工作首先知道光伏是什么特性，因此我们在光伏主要是逆变器的一些模型和参数方面，我们也做了一些工作，当然这个成果是阶段性的我们主要关注逆变器，可能根据逆变器要建立它的模型，要给出一个参数，将来这个模型和参数可以给电力公司，给大家可以用它来自己做规划设计，做一些论证。在这个方面，我们和行业的同仁们有两个国际标准在报批，一个叫《光伏发电系统建模导则》，第二个《参数测试规程》，有两个标准，希望大家关注一下，将来在这方面也是需要同步开展的一个工作。

这几年青海，我们工作上的联系非常多，大家知道青海是把光伏产业作为青海省的支柱产业来推动的，从省委省政府包括各个发展部门，都非常支持光伏。但是青海大家知道，光伏资源很好，但是电网我只列了一部分，到底这里光伏的规划，考虑资源条件的情况下，确实还要考虑电网条件，也就是说你要发展比如每年装100万也好，200万也好，到底在资源条件同等的情况下，我把这些布在什么地方，可能要考虑电网条件。这里第一个，负荷可能主要集中在东部，西部地区还有一个青藏直流，还有新疆过来的，750的二通道，也是通过青海电网连到西北电网，稍微展开讲一下，比如在青藏直流，这个地方如果全部布光伏，大家在讲新能源接入系统的时候老在说电网的强弱，希望电网强一些，电网强弱意味着什么，电网强弱就是你在这儿扰动，我可以坚挺地站在那儿，可以不动，电网的运行参数，也就是电压、频率，但是将来有些电网至少有些省级电网，风电和光伏就是以你为主了，你就是老大，因此你就指望不上任何人，比如青藏直流这个地方，如果我们全部建光伏，或者光伏很大的话，必须你和青藏直流，输电系统原来要求电力系统必须很强的一些技术要求，要求强实际要求常规电源支撑，反过来讲要求新能源来支撑，都是你的了，只能对自己，为什么我们讲随着技术的进步和开发规模的发展，新能源的技术本身一定也是进步的。

再插一下风电方面我们遇到的一些实际发生的问题，通常来讲电力系统发生一个故障比如这个地方发生短路了电压会降低，常常是离这个电压故障点越远的地方电压肯定越高，这是常规的，但是如果是纯可再生能源风电我们确实发现了跟这个相悖的相反的现象，故障点的电压比如0.4，越远降到40%，越远的地方电压越低，如果这个群只是风电和光伏，或者说光伏和风电仍采用目前的技术仍然是这样的。对于大规模的风电和光伏确实在同等条件下我们有一个选址的问题，或者说选址中间需要考虑电网约束和负荷的问题，没有电网的需要电网跟上，自己用不了需要把电送出去，但是送出去肯定需要时间。

再插一句话，因为目前涉及到利益问题大于数字问题，在宁夏农村，3800户各装4000伏的光伏，我们实际发生的和我们论证的也一样，论证以后即便是这样，在某些时刻，中午大发的时刻电压还是要越限的，本来准备装在220的，但是后来我了解的这个情况就是由于这个问题最后把电压等级又弄了一个10千伏，显得技术上不是很合理。但是由于电压问题，这个问题我们也论证了各种手段，各方面东西算下来，未来我们寄希望于解决这个问题，寄希望于曹总，需要逆变电源，需要逆变器，如果逆变器不能解决的问题再来看其他的解决手段。

试验验证方面，我们关注的主要是并网特性，目前也建立一些试验手段，主要对光伏电站或者逆变器的故障穿越，电网适应性，因为电网并不是一个理想的电网，可能它也有不对称。在这种情况下，初期可能需要你有一定的耐受能力，可能未来需要你有更强的能力，功率控制，电能质量，我们做了一些工作。试验检测我们的理解是两个，第一个就是产品设计出来以后，指的主要是逆变器这块，可能需要一个实证的条件。第二个，通过做一个试验检测，获得一个第一手的资料，也给前面的光伏无论是逆变器和光伏电站的建模提供一个数据来不断的修正它的模型，来提高模型的精度，这是试验检测。

下面汇报一下预测，光伏预测开展的比风电要晚，从全球来讲，风电大概有20多年，风电的预测系统在1992年在世界上就开始用了，咱们国家是2008年我们开发了第一套系统，用在省公司。预测基本上都是，无论是风险和光伏，预测的原理是一样的，第一个对预测明天、后天或者未来的，主要靠数字预报，是一种针对可再生能源所关心的气象要素的预报，因此是需要一种定制化的数字预报。第二个，有了预报，如果是超短期的，和现状有非常大的关联，预测未来两到四小时的，和目前的状态相关性非常强。还有一个和你的历史数据有关，有历史数据积累的，再根据预报，建立模型来优化。基本原理是这样的，目前我们开发预测系统主要在为各省级电力公司在服务，主要在宁夏、青海大概都有我们一些系统在运行。这是青海的系统运行情况，总之来讲，我们是先做风电后做光伏，光伏比风电可预测性肯定还是要强的，光伏整个的预测精度要高于风电，但对于一些大家讲的云团的生消引起的快速变化，确实还需要一些手段。

前面讲预测是指集中的，将来分布式的怎么办，因为分布式的我们也有一个设想，这个项目现在也在开始研究，分布式的预测全部是电力公司来做，装了两亿千瓦让你预测肯定不会，就是我们来预测。我们预测在前几年需要一些监测数据，在监测数据方面跟国家电网公司，这几年出台的一些支持分布式光伏发电的一些文件是相一致的。第一个，可能有些我们要求一个最低的最少的一个运行量，你可以通过公共网发给电力部门，电力部门知道你的现状。第二个，预测采取一种网格化的，统一网格化，选取一些代表性的参数，进行一个预测，将来网格化，网格里边有多少光伏，随时可以预测。这是分布式到一定规模以后我们需要做的一个工作。

接下来是调度问题，保证风电和光伏等新能源优先上网。这个片子我用过很多次，最近参加一些会议学习了一点，增加了一个词，就是PID，上周刚参加一些会议，光伏里面有一个PDI衰减，控制里面有一个PID调节，最经典的但这个PID是个PID的平衡，因为电力系统实时平衡，这个天平，一边发电，一边用电要保持平衡，意味着功率比较得平衡，功率平衡以后电量肯定是平衡的，千瓦平衡了千万时就平衡了，这里还有一个变化率的平衡，用电突然没了能不能从一个状态过滤到另外一个状态，就是变化率爬坡，如果这个不平衡就不可能由一个功率平衡状态到另外一个功率平衡状态，就是这三个方面的平衡，功率平衡、电量平衡，再就是变化率，为什么在一些风电和光伏电站的一些介入系统里面要求变化率，如果系统里边不能保证变化率的平衡，系统也会有安全方面的问题，这个当然取决于里面的电源结构。既然要平衡，大家很明白，常规电源加新能源等于负荷，这个等是要平衡，可以这个不变调这个，这个调不过来再表用电负荷，不管怎么样你只要能让它保持平衡的一切手段都是新能源优先调度里面可采纳的。

上个月我们到美国参加一个会议，一个最简单的做法，要保证平衡，万一新能源一次误差大了，本来指望那么多，实际上没那么多，电力系统不能平衡怎么办，美国得出一个做法，59.8，60赫兹，自动切一部分负荷，有补偿的，59.8是为了平衡主动切的，可能给你一个补偿，这就是大家约定的。机制的建立我们需要一些技术手段，另外一方面也确实一些政策设计。我们做的一些工作目前支持新能源调度的一些工作，在每一个省级电网主要的新能源大省都有，主要是几个方面，第一个就是我得能看得见新能源，因此有个实时监测，这个对于大规模集中式和分布式的要求不一样，大规模可能需要量比较多一些，小是最简洁的量，我看得到你，现在发多少还是不发这个我看得见。第二个，预测你未来能发多少。第三个，我来评估整个系统，到现在能不能全部接纳，如果不能全部接纳，可能怎么样对新能源进行一个计划是最合理的，或者说是在不得不限新能源的情况下，这种限法是最少的，也是一个优化问题。另外就是风险评估，类似我刚才讲的一种最简单的办法，这种情况下可能因为有不确定性，新能源的发展实际上就是增加了电力系统的不确定性，因为现在电力系统负荷是非常确定的，因为这个可能大家在一起讨论的时候有一些不统一，比如我家里面开关认为是随机的，但是在电力公司看见的负荷是非常确定的，今天预测明天的误差是不大于2%到3%的，每15分钟一个点，非常准。新能源进来以后就会有些风险，我必须得有这样一些风险的评估和需要一些应急预案。最后一个工作有数据分析和管理，我们是一个技术部门，我可以讲从电网公司要求各个公司都要把这种能力和手段建立起来，国网公司也要检查考核，考察预测精度，哪省做的好，第二个考核你的限电，如果你发生限电了，这个是不是客观的，能不能向公众和政府解释清楚。在限电情况下是不是采取电网公司尽可能采取的手段你都采取了，要向大家解释。

中长期预测，如果能预测未来更长时间的，咱们国家是一个火电为主的国家，尤其是三北地区，火电大概在90%，火电机组的启停不可能每天都启停，需要更长时间的预测指导它。天前预测要下预测曲线，超短预测，真的到了当日，预测增加了，把增加的负荷给新能源，如果负荷减少了怎么把机组再压下来，目前我们对风电和光伏我们叫多时间尺度，随着时间的推移预测的误差越来越小，这个工作我们也做了。这个工作主要受制于物理上来讲，技术上来讲咱们国家是火电为主，这个电源结构大家看跟西班牙、德国、美国都没法比，我们灵活条件比较少，这是技术上来讲。第二个就是这种调节的很多空间又被现在一些其他方面的约束，可能又没有完全释放出来，包括政策的电价，如果大家不完全靠电量吃饭，就靠备用或提供一个调节有更好的制度设计，可能这方面也能够释放一些空间。

最后汇报一下标准，在标准方面，两句话，我们有了很多标准，这些标准我个人的意见，下一步执行一段时间以后，我们希望把这些标准进行一个完善甚至整合，前面这个标准的立项也不是完全一个部门，我也不好说，现在我觉得这个标准确实不少，但是这个标准是不是恰当，是不是应该修订和完善，在并网方面我们愿意和大家一起来共同推动这个工作。

再汇报一下，也是新能源界一个大使，由我们发起，去年IEC成立了一个大容量可再生能源发电接入电网的分技术委员会，在秘书处，在我们院里，今年9月份我们开了IECSC8A的范围有了初步方案，现在我们也提出了一些建议，提了一些体验，在征求意见。我们提的可以汇报一下，我们提的体验，因为刚刚成立，从全国来讲是够了，可能80%的通过率，但是工作刚开始参与度，王老师知道，参加国家不够，现在还在做工作，不管怎么样有了这个秘书处，咱们是一个光伏大国，风电也是大国，可再生能源是大国，因此在接入电网方面我们面临的问题可能更加的具有挑战性，这个是我们申请发起并成立这个秘书处的一个初衷，希望和大家一起在大规模可再生能源接入电网的一些技术方面田和能够组织大家，包括世界的同仁们一起来推动这个标准的制定工作。

最后两句话，风电和光伏在电网中的比例越来越大，能够看得见，从电网来讲运行能够看得见你，我知道你未来能够发多少电，以及你需要具有控制能力，笼统来讲这三个方面越来越强，预测精度肯定越来越高，控制能力肯定越来越强。从电网本身，可能电网从技术层面来讲，要更好的来协调常规电源，保持等式的成立，它的PID，三个层面都要保持平衡，包括负荷来讲实现新能源的最大消纳，共同推动咱们国家光伏产业的发展。谢谢大家！