并网光伏并网方式

我国GB/T19939—2005标准根据光伏发电系统是否允许通过供电区的变压器向高压电网送电，分为可逆流和不可逆流2种并网方式，但并未对光伏发电系统的并网容量和接入电压等级进行详细规定。

国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》中，根据光伏电站接入电网的电压等级（0.4kV、10~35kV、66 kV）将光伏电站划分为小型 、中型和大型 ，但没有明确光伏电站的容量。IEEE929—2000中对小型、中型和大型光伏发电系统的容量分别规定为≤10kW、10～500kW和≥500kW。建议我国在制定标准时可以参考国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》、IEEE929和日本的相关规定，综合考虑光伏发电系统输出容量和受电电力容量，选择合适的并网电压等级和电气设备。

并网风电并网方式

目前，国内外的风力发电大多是以风电场形式大规模集中接入电网。考虑到不同的风力发电机组工作原理不同，因此其并网方式也有区别。国内风电场常用机型主要包括异步风力发电机、双馈异步风力发电机、直驱式交流永磁同步发电机、高压同步发电机等。同步风力发电机的主要并网方式是准同步和自同步并网；异步风力发电机组的并网方式则主要有直接并网、降压并网、准同期并网和晶闸管软并网等。

各种并网方式都有其自身的优缺点，根据实际所采用的风电机组类型和具体并网要求选择最恰当的并网方式，可以减小风电机组并网时对电网的冲击，保证电网的安全稳定运行。

我国在制定风力发电并网国家标准GB/Z19963—2005时，只考虑到当时的风电规模和机组的制造水平，是一个很低的标准。近年来风电事业发展迅速，整体呈现大规模、远距离、高电压、集中接入的特点，对电网的渗透率越来越高，为使风电成为一种能预测、能控制、抗干扰的电网友好型优质电源，有必要对原有标准进行升级完善。

对待并入电力系统运行的独立发电厂或小电力系统的并网请求、并网条件与并网后的运行调度等进行的监督检查活动。并网管理的目的，是为了保障电力系统安全稳定运行和电能质量。利用小水电、地热、风能、地方燃料(小窑煤)等资源建设的发电厂、企业自备电厂以及以上述发电厂为电源的地方电力系统，一般受资源与地区局限性的制约，建设规模较小，发电出力不稳，供电质量较差，电力余缺调节能力差，抗御事故与负荷冲击能力很弱，发电厂和电力系统的安全可靠运行得不到保证，地区的经济发展也受到制约。独立发电厂或小电力系统与相邻电力系统实行并网运行可以有效地克服上述缺点，并可使地方资源得到充分利用。并网管理的主要内容是：受理并网申请，确定并网方案，签订并网协议及并网电量购销合同，按照规定进行运行调度与安全监督。

并网受理并网申请

独立运行的发电厂或小电力系统拟并网运行时，应向当地电网经营企业提出书面并网申请，并提供上级批准的文件。并网申请书应说明并网的理由、并网发电厂或电力系统的规模、地址或供电区域、供电对象、资金与资产、主要设备或供电网络、交换的功率与电量、要求并网日期等内容。要求并网的发电厂或电力系统应具有可靠的通信联络设施、并网与解网装置和保证安全的继电保护装置， 有合格的运行管理人员和完整的规章制度。

并网确定并网方案

电网经营企业根据电力系统结构和电力系统发展规划，对并网申请进行审查，提出合理的并网方案， 并书面答复申请并网的发电厂或电力系统。并网发电厂或电力系统要按电网经营企业批复的并网方案， 进行接入电力系统的联网工程设计与施工。并网方案包括：确定并网电压，确定并网的变电所或线路，确定并网设备台数和容量，确定接入电力系统的联网工程要求， 确定继电保护配合方案和并网运行方案，确定计量方式，确定通信调度方案，确定电价与电费结算方式等内容。

并网签订并网协议及并网电量购销合同

电网经营企业与并网发电厂应根据国家法律、行政法规和有关规定，签订并网协议，并在并网发电前签订并网电量购销合同。并网协议中规定的并网双方的权利、义务是：有共同享有并网运行效益的权利，并承担调峰、调频和事故备用义务；并网发电厂或电力系统应承担接入电力系统的联网工程的建设和运行责任， 当并网发电厂或电力系统事故或检修时，电力部门应向其提供电力；并网发电厂或电力系统应服从电力调度部门的统一调度，遵守电力行业的规章，按上网电量依法取得收益；违反并网协议时， 违约方应承担相应的经济责任。

并网电量购销合同应当具备的条款是：并网方式、电能质量和发电时间；并网发电容量、年发电利用小时和年上网电量；计量方式和上网电价、电费结算方式；电网提供的备用容量及计费标准；合同的有效期限；违约责任；双方认为必须规定的其他事宜。

并网并网运行管理

对并网发电厂或电力系统的运行管理，一般是通过电力调度部门实施的，主要对并网发电厂或电力系统的停机、开机、倒闸操作、有功与无功出力调整、继电保护装置投入或退出、计划检修安排、电气事故处理等项工作进行调度指挥。 2100433B

并网是指单独的通信、输电等线路并入整个网络中，成为其中的一部分。

既用交流线路同时又用直流线路把功率从一个交流系统传输到另一个交流系统的输电方式。这种输电方式亦称交直流混合输电。交流线路和直流线路的起点，可以在送端电网的同一地点，也可以在不同地点;其终点往往在受端电网的不同地点，也可能在同一地点。

交直流并网输电，往往是先有交流输电线路，后加直流线路而形成的。先有直流后加交流的例子很少。

小电厂并网接入电网方式有两种:

①35 kV或10 kV单回线与系统并网，例如清徐美锦电厂、伸华电厂、汾河一、二库水电站等;

②通过35 kV双回线与系统并网，例如如东山电厂、同舟电厂、煤气化研石电厂等。

在单回线或双回线与系统并网但双回线分裂运行的情况下发生并网小电厂系统接地故障时，分两种情况。一种是如果是小电厂侧设备故障造成，则由小电厂自行处理。另一种是如果是并网线路造成的，则又分两种处理方法:

①小电厂孤网运行，并网线路停电处理，例如运行中遇到的某相弓子线烧断搭在横担上造成接地;

②小电厂机组解列，并网线路停电处理。以上两种处理方法视具体情况而定。

先进并网逆变器装置级

从装置级来看，先进并网逆变器在直流电压变换环节、逆变器电路、滤波网络和功率器件上都可能存在一些不同于传统并网逆变器的地方。

1)直流电压变换环节。

从直流电压变换环节来看，一些先进并网逆变器的结构如图2所示。传统并网逆变器的直流电压变换环节主要为Boost电路，将分布式电源的直流输出电压经过泵升后接到DC/AC变换环节，以满足并网条件。然而，由于Boost电路的电压抬升能力有限，并网逆变器所能接纳的分布式电源直流电压变化范围一般比较窄。近年来，各种具有升压功能的高增益直流电压变换电路得到了广泛研究。

同时，为了消除光伏电池板可能存在的泄漏电流对人身安全的危害，一些高频链隔离的直流电压变换环节也引起了关注。

此外，为了提高DC/AC变换环节运行的灵活性和可靠性，一些先进的并网逆变器改变传统电压源变流器的模式，采用电流源、Z源或准Z源变流器结构 。

2)变流器拓扑。

从变流器拓扑环节来看，一些先进并网逆变器的结构如图3所示。为了满足一些特殊的功能，电流源型、多电平中点箱位(NPC)的变流器拓扑也开始出现在小功率的并网逆变器中，这些拓扑可有效提高并网逆变器的运行性能。需要指出的是，随着先进IGBT模块结构的出现，譬如RB-IGBT，并网逆变器的多电平实现方式变得更加灵活多样 。

为了抑制光伏并网逆变器中可能出现的共模/差模电压，可采用上文所提到的直流侧高频隔离或交流侧低频隔离的方案，但是这些方案中的变压器都会增加系统的体积和成本，近来一些新型变流器拓扑的相继出现为无隔离型并网逆变器的发展奠定了坚实的基础。同时，为了有效保证可再生能源并网和局部储能单元的接入，有文献发现部分变流器拓扑中的开关管可以复用，于是出现了9开关管的新型变流器拓扑。

3)电力电子器件。

从电力电子器件材料的角度来看，随着SiC等宽禁带材料器件的不断发展，具有更小通态电阻、更高开关速度的电力电子器件将极大地提高并网逆变器的开关频率和效率。对未来体积小、重量轻、效率高的先进并网逆变器提供了可靠的保障。

4)滤波网络。

逆变器的DC/AC逆变器电路将直流电压或电流变换为开关脉冲量，为了消除开关频率次谐波电压、电流分量对电网的影响，一般地，并网逆变电路与电网之间都有无源低通滤波网络。常见的滤波网络主要类型有:L型、LC型、LCL型和 LCLL型，如图4所示。一般地，L型滤波器的高频衰减速率仅为20 dB/dec，为了获得好的高频纹波电流衰减性能，需要提升电感值;然而，电感值的增大会导致电感体积和成本的增加。于是，出现了LC型和LCL型滤波网络结构，其高频衰减性能分别为40和60 dB/dec。需要说明的是，LC型滤波网络和等效的电网系统阻抗(主要为电感)一起也构成了一个LCL滤波器结构。显然，高频衰减率越高对纹波电流的抑制能力也越强。但是，由于LCL滤波器具有3个储能元件，其模型是一个三阶动态响应方程，存在一个天然的谐振点，这给并网逆变器的稳定和控制带来了不小的困难 。一般地，可以在滤波电容支路增加无源阻尼电阻来阻尼谐振分量，但是电阻的存在使得系统的效率降低。虽然一些具有谐振旁路的改进型LCL滤波器无源阻尼方法能在一定程度上降低阻尼电阻的损耗，但是增加了系统的复杂度。因此，基于控制器的有源阻尼方案得到了广泛的研究。另一方面，可以通过一些特殊的控制策略来增强LCL滤波并网逆变器的控制性能，譬如：加权电流反馈控制、多环反馈控制、零极点配置控制、基于状态空间的优化控制等。为了获得更好的滤波性能，降低系统体积。

先进并网逆变器功能级

从可调度能力、电能质量主动治理、电网阻抗检测、网络阻抗重塑和双模运行等几个角度来阐释先进并网逆变器的功能级控制策略。

1)可调度能力。

可调度方面，在可再生能源分散接入的背景下，国网公司要求单个台区接入容量不大于6MW的分布式电源可以接入10 kV及其以下的配电网。但是，由于在配电网内可能将出现为数众多的分布式并网单元，使得对这些分布式并网单元进行集中通信调度显得十分困难 。

能使并网逆变器在功能上模拟发电机外特性的控制策略大致有两种。一种是下垂控制策略，另一种是虚拟同步发电机控制技术。

传统的下垂控制需要采样并反馈电网电压的幅值和频率，并对其做出响应，来模拟发电机的下垂外特性。这种控制方法，虽然在离网运行的逆变器运行控制及功率分配中取得了不错的效果，但是对于并网运行的逆变器，利用其模拟发电机的下垂外特性，可能会带来较大的暂态电流冲击且这种基于发电机下垂外特性的模拟方法，并不是真正意义地将并网逆变器与发电机做等效。因此，为系统提供惯性和阻尼、为电网提供支撑的性能也难有定论，此外下垂系数的设计对系统的稳定具有十分重要的影响。下垂系数设计不当可能直接导致并网逆变器系统的不稳定。此外，由于系统参数摄动，逆变器参数的不匹配，在离网运行时，传统下垂控制的功率分配方面也难以实现按逆变器的容量成比例分配。

总之，简单地利用逆变器来模拟发电机的下垂外特性，虽然能在一定程度上改善逆变器的运行性能，但是还无法从根本上和传统发电机相比拟。于是，大量的学者开始寻求能彻底将并网逆变器等同于传统同步发电机的控制策略，这就出现了另一种有趣的控制方案。这类控制策略在并网逆变器的控制环路中人为地引入了发电机的机械运动方程，将并网逆变器的暂态过程变慢，且系统的惯性和阻尼有了明确的物理意义。此外，通过类似励磁调节器和调频器的设计，使得传统下垂控制难以设计的下垂系数变为了与传统发电机类似的励磁控制器和频率调节控制器的设计，使得系统的稳定性有了保障。此类控制策略可以统称为“虚拟同步发电机”控制。其中，以荷兰能源研究中心和埃因霍温理工大学等合作的虚拟同步发电机(VSG)概念、德国克劳斯塔尔工业大学的虚拟同步电机(VISMA)概念和英国谢菲尔德大学钟庆昌教授的S ynchronverter概念最为著名 。

2)电能质量主动治理。

在电能质量方面，分布式的并网发电单元普遍接入的是相对脆弱的、电能质量恶劣的配电网末端，尤其是三相电压不平衡是配电网的典型特征。为了保证并网逆变器在电网电压不平衡、谐波等非理想条件下的持续、不间断运行，近年来，关于并网逆变器对平衡/不平衡电压跌落、电压谐波穿越能力的研究得到了广泛的关注。一些能在电网电压不平衡、谐波条件下持续运行的并网逆变器控制策略相继被提出。这些控制方法能大幅提升并网逆变器应对恶劣配电网电能质量环境的能力。

虽然上述非理想电网电压穿越控制能有效提升并网逆变器在恶劣配电网电能质量环境下的持续运行能力，但是这种策略相对而言是被动的适应策略，无法从根本上改善或提升配电网的电能质量。因此，在配电网内安装有源或无源滤波装置就显得十分必要。一般地，无源滤波装置结构简单、成本低、可靠性高，然而，由于有源电能质量治理装置运行更加灵活、性能更高，近来得到了越来越多的应用。值得指出的是，一方面，并网逆变器具有和有源滤波器(APF)、动态电压调节器(DVR)等有源电能质量治理装置一致的变流器拓扑，即并网逆变器具有治理其接入点配电网电能质量的潜力。另一方面，由于风能、光伏的随机性、波动性和不可控性，使得风力发电机和光伏电池的出力不可能一直处于满发状态，且并网逆变器的安装容量本身也较安装的风力发电机或光伏电池的容量之间存在一定的裕量。故并网逆变器也有能力完成对其接入点电能质量的治理。因此，集成了可再生能源并网和电能质量治理的多功能并网逆变器概念得到了广泛的关注。因为这种并网逆变器具有一机多职的能力，在无需引入额外电能质量治理装置的同时即可改善配电网的电能质量，明显降低系统的投资成本、体积和运行维护费用，提高系统的可靠性。

3)电网阻抗检测。

电网阻抗对并网逆变器并网电流的电能质量具有较大的影响。系统阻抗越大，对并网逆变器稳定性的影响也越大、电能质量的恶化也越严重。此外，大量研究表明，在大规模分布式可再生能源通过并网逆变器接入配电网后，由于系统阻抗网络的不匹配，可能会引起系统的串/并联谐振，导致并网逆变器的无故障跳闸，危及系统的安全稳定运行。因此，系统阻抗对分布式可再生能源并网单元具有重要的意义。欧洲和德国的一些并网技术标准明确要求并网逆变器检测系统阻抗，并在系统阻抗急剧变化时停机或切换至孤岛运行模式，可见系统阻抗的检测也应成为分布式并网发电单元的一个重要组成部分。

一般地，系统阻抗的检测方法可分为测量法和估计法两大类。在测量法中，直接利用额外的测量装置检测系统的阻抗，该方法简洁可行，但是会引入额外的硬件投入。相反，估计法则直接利用并网逆变器已有的数字控制器来完成对系统阻抗的检测，这类方法又分为有源法和无源法。一般地，有源法即通过向系统施加间歇性的扰动，来识别系统阻抗，比较常见的是向系统注入间谐波电流。图5中(a)可知，当假设电网电压不含有间谐波时，由叠加原理可知，当逆变器向电网注入间谐波时系统的等效框图如图5中(b)所示。因此，此时只需要检查并网逆变器出口电压和电流的间谐波含量、即可检查出系统阻抗。

4)阻抗重塑。

以上分析表明，系统的阻抗对并网逆变器的运行具有十分重要的影响，也有部分方法能有效检测出系统阻抗的大小。但是，为了改善系统阻抗，尤其是向系统提供必要的阻尼，以抑制可能出现的串/并联谐振现象，需要对已有的系统阻抗进行重塑。也即，改变并网逆变器的外特性，使得并网逆变器更多地呈现电阻特性，向原本电感和电容因素复杂的电网提供更多的阻尼。

一般地，并网逆变器呈现感性，系统的线路也呈现感性，而滤波电容等呈现容性，当系统电阻分量的阻尼不足时，很容易在这些电感、电容之间形成串并联谐振。若通过并网逆变器向系统注入必要的阻性成分，即可有效地抑制串并联谐振，这就是阻抗重塑的概念。特别地，出于物理完备性的考虑，在有L型、R型逆变器的基础上，也应该存在C型逆变器。因此，谢菲尔德大学的钟庆昌教授 给出了C型并网逆变器在离网运行模式下能有效降低输出电压谐波的实验验证。R型和C型并网逆变器的附加控制策略如图6所示。

5)并网逆变器的双模运行。

在双模运行方面，为了提高分布式可再生能源并网的高效性和灵活性，越来越多的并网逆变器要求具有孤岛、并网双模式运行能力。即在电网正常模式下，并网逆变器并网运行;当电网故障时，并网逆变器应该能孤岛运行，向本地关键负荷提供高质量的电能供给，双模并网逆变器的概念由此而生。为了保证不同运行模式切换过程中对本地关键负荷的不间断供电，并网逆变器在不同运行模式之

间的无缝切换技术显得十分必要。

先进并网逆变器电流控制级

为了保证对并网电流的有效、精确跟踪，并网电流的跟踪控制也是先进并网逆变器中必不可少的环节。本文以并网同步和并网电流调节两部分作详细阐述 ，如图7所示。

1)并网同步。

为了实现精确的并网功率跟踪，电网电压的相位信息对于并网逆变器十分重要，其在并网参考电流的计算中显得十分关键。虽然存在一些无锁相环的参考电流生成算法，但是，其应对电网频率变化的能力较差。

为了获得电网电压的频率和相位，一般有硬件锁相环和软件锁相环两种方法。在硬件锁相环中，需要利用过零比较来完成对电网电压相位的跟踪。但是，这种方法响应速度慢，精度受到传感器、过零比较器和AD精度的限制，且无法克服电网电压谐波和不平衡的干扰。因此，基于软件的数字锁相环近来得到了越来越多的关注。

2)并网电流调节。

为了获得更好的并网电流跟踪性能及更快的响应速度和跟踪精度，并网电流调节控制显得十分重要，除PI控制器之外的一些先进并网电流跟踪控制策略，得到了越来越多的关注。