当光伏成为主力能源：逆变器能否成为支撑电网的核心力?

光伏实现平价之后，将带来产业上的巨变，每年新增装机量将骤增，同时能源替代进程也将加速。作为未来的主力能源，新能源对电网的依赖将转变为对电网的支撑。根据规划，2030 年，中国可再生能源电力占比将达到57%，新能源电力占比30%。届时，具备支撑电网能力必然成为光伏电站的硬性要求，同时光伏电站的寿命约为25 年-30 年，因此设计建设电网友好型光伏电站，我们需要做到未雨绸缪。

光伏与电网融合“三步走”

按照光伏发展的阶段和规模，可以将电网对光伏电站的要求分为三个阶段。

第一阶段：自我保护 不影响电网

起步阶段，光伏发电在电力系统中的占比很小，对电力系统的运行几乎没有影响，电网要求光伏系统以不可逆流的方式并网，即不允许光伏系统向电网送电，只能在并网点以下内部消耗。

在这一阶段，电网要求光伏系统的电能质量(电压偏差、频率偏差、谐波、电压不平衡度、直流分量)满足并网要求，并且具备安全保护(过/ 欠压保护、过/ 欠频保护)功能，即当电网的电压或频率超出逆变器正常工作范围时，逆变器在限定的时间内脱网。

第二阶段：穿越故障 适应电网

自2009 年光伏特许权招标后，国内光伏发展迅速，局部渗透率不断提高，到2016 年，青海地区光伏装机比例超过35%，新疆地区风电装机比例超过30%。在此阶段中，电网对光伏系统提出更多、更高的要求，光伏电站不仅要能适应电网运行的各种工况，且当电网电压、频率超出正常运行范围时，还要能持续并网运行一段时间，即逆变器需具备电网故障穿越能力。

2011 年，国网企业标准Q/GDW 617-2011《光伏电站接入电网技术规定》明确指出，大中型光伏电站必须具备低电压穿越和频率适应能力。2012 年，国家标准GB/T 19964 《光伏发电站接入电力系统技术规定》首次提出光伏电站需要具备零电压穿越能力。在高电压适应性方面，耐受电压由之前的1.1 倍额定电网电压提高到1.3 倍，并要持续运行0.5s。

2013 年6 月20 日至21 日，国网青海电力公司、中国电科院、青海电力公司等单位联合针对青海地区光伏电站并网性能，进行一次低电压穿越实地验证。中国电科院设置近30 个监测点，并沿格尔木至乌兰一线选取4 座光伏电站，涉及12 种不同类型的光伏逆变器，以及多种SVG 和SVC 无功补偿装置。实验结果显示，除阳光电源逆变器全部正常工作、无脱网外，其余品牌的逆变器均出现不同程度的脱网，这在业内引起了广泛的关注，多家权威媒体对此次测试结果进行了公开报道。

2015 年， Q/GDW 1617-2015《光伏发电站接入电网技术规定》首次提出光伏电站的高电压穿越要求，即电网电压在1.3 倍额定电压时，能持续运行0.5s 不脱网，同时在高穿期间，光伏电站仍需具备有功功率连续调节的能力。

国内一些电网条件较弱的地区，光伏系统电压和频率适应范围要更宽。2015 年7 月，藏中电网出现较大波动，导致电网周波跌至49.2Hz，严重影响了藏中电网的安全稳定运行。西藏地调在国标之外，特提出了藏标——系统频率低于47Hz 10 秒不脱网、高于52Hz 10 秒不脱网、电网过电压120% 额定电压4 秒不脱网、电网欠电压70%额定电压4秒不脱网的要求。2015 年11 月，首例高海拔光伏电站——全部使用阳光电源大功率集中式逆变器的龙源西藏羊八井光伏电站，藏标检测工作顺利完成，一次性通过所有检测。

第三阶段：有功无功调节 支撑电网

然而，光伏发电站仅满足故障情况下不脱网，而不对故障时的有功功率、无功功率提出要求，则会对电网中的有功/ 无功平衡造成很大的影响。因此标准GB/T 19964-2012 和Q/GDW 1617-2015 中除了对光伏电站电网适应性提出了要求，还增加了对光伏电站支撑能力的要求：

1)有功功率控制，要求光伏发电站具备参与电力系统调频和调峰的能力、平滑调节的能力，并能接收电网调度机构下达的有功功率和有功功率变化的控制指令。

2)无功容量要求，要求光伏逆变器在额定有功出力下功率因数在-0.95~+0.95 之间可调，即要求光伏逆变器的无功容量为额定容量的31%，以满足电网对电压调节的需要。

3)低电压穿越时的动态无功支撑能力，要求无功电流的动态响应时间不大于30ms。

2018 年，由中电联提出并归口的新逆变器国标《光伏发电并网逆变器技术要求》进一步提高了逆变器对电网支撑能力的要求，高穿期间有功功率应保持和故障输出前的有功功率相同，误差不超过10% 额定有功功率;无功容量从额定容量的31% 提高。

此外，对光伏电站快速响应电网调度的要求也在不断提高。2018 年国家能源局西北监管局出台了《西北电网新能源场站快速频率响应功能推广应用工作方案》，要求所有新能源电站都能满足快速频率响应的要求，使其在并网点具备参与电网频率快速调整能力，快速频率响应有功- 频率下垂特性图如下：

光伏电站响应滞后时间不超过2s，响应时间(有功调节量达到目标值与初始功率之差90%)不超过5s，调节时间(有功功率波动不超过额定出力±1%)不超过15s。如下图：

光储融合 平价时代友好并网的重要趋势

根据国家相关部门规划，到2050 年使可再生能源在消费比例中达到60% 以上，在总发电量中的比例达到86% 以上，形成可再生能源为主的能源体系。安徽金寨县发布的《金寨县创建国家高比例可再生能源示范县规划》中提到，到2025 年实现城区范围无燃煤( 油) 区域、100% 的家庭用能清洁化、可再生能源占城乡居民生活用能比重将达到90%。

近几年国内光伏装机规模在快速增长，仅2017 年国内新增装机就达到53GW，2018 年虽然受531 政策等因素影响，但新增装机规模依旧达到45GW 以上。未来随着系统成本的进一步降低，光伏发电迈入平价时代后，装机规模势将以更快的速度发展。如何增强光伏发电的友好性，保障大规模新能源并网安全，实现新能源大范围配置，是国内外新能源发展所面临的共性问题。

光储融合被广泛视为是解决上述问题的最好方案，即通过光伏电站配套一定的储能系统，并模拟同步发电机的特性，实现整个系统的能量供需平衡。而且随着光储技术的发展，2018 年，中电联提出并归口的国家标准《虚拟同步机技术- 总则》，以及国家电网公司制定的企业标准《单元式光伏虚拟同步发电机技术要求和试验方法》等标准都在制定中，两个标准均要求光伏系统具备一次调频、无功调压控制、虚拟惯性控制和阻尼控制的功能，以更好的参与电网的频率、电压调节及实现源网荷的能量平衡。

目前，在欧美等发达国家围绕这个课题已经开展了大量的研究和示范应用工作，尤其在美国，大型光伏电站配套一定容量的储能已经成为惯用做法。国内也在积极开展这方面的应用研究工作，早在2009 年，张北开展“国家风光储输示范工程”，并于2011 年投运。2015 年，针对甘肃金昌清能100MW 光伏电站弃光约40% 的问题，阳光电源就采用了直流耦合的储能解决方案，不仅平滑了系统输出，还节省年发电量36.5 万度/ 年，保证光伏发电最大限度的被利用。

未来，当大规模的光伏电站并入电网后，高渗透率下如何让光伏系统更友好的融入电力系统，是光伏界一直以来的讨论焦点。在光伏系统与电网之间担任桥梁作用的逆变器，被时代赋予重要使命，通过并网性能的多轮提升，实现从被动“适应电网”转为主动“支撑电网”，同时实现光储的融合，全方位助力光伏发电从“配角”向“主角”转变!