编辑 丨国际能源网 瑶瑶
一．新能源并网的新挑战：
高压穿越
在我国新能源发电起步阶段，在并网侧国内外相关标准只提出了新能源低电压穿越的要求。但2012年之后新能源场站的一场事故，却表明脱网原因不仅仅在于低压穿越能力。2012年华北地区某新能源场站电网发生三相短路时，具备低电压穿越能力的新能源机组成功“穿越”低电压，随后电网电压恢复过程中，由于电力系统内部部分无功补偿装置不具备快速自动投切功能，故障切除后未能及时调节，造成局部电网无功过剩，电网发生了短时过电压故障，使得大量新能源机组因电网短时高压故障而切除，脱网机组数量甚至超过了此前低压故障中脱网的机组数量。
行业专家告诉记者：“在过电压期间发生有功跌落，会造成系统无功过剩，电压会进一步上升，高压直流输电在有功和无功耦合的设备作用下，效应会更加严重，所以高电压穿越期间应保持有功不变。”
二．保障光伏电站不脱网
“新国标”门槛更高
随着全球新能源的迅猛发展，新能源电网适应性标准也在不断演进，对支撑电网稳定性提出更高要求。德国，澳大利亚等新能源渗透率高的国家，都提出了新的建模和严苛的电网标准规范。如果新能源场站不具备故障穿越能力，也就是一定的耐受电压异常的能力,当电网发生故障或扰动时，新能源机组大量切除会导致电网产生巨大的功率缺额，引起潮流大幅变化，产生电压、频率失稳等问题，甚至会引起大面积的停电，乃至全网崩溃。而这里不仅仅是低压穿越的要求，屡次的高压穿越的事故也呼吁行业尽快出台相关标准。
图1：全球新能源电网适应性标准在不断演进
为了保障高电压穿越期间能稳定电网，保障光伏电站不脱网，我们国家最新发布的2019新国标GB/T37408技术规范也与时俱进，较之前使用版本，特别强化了高穿有功稳定性、高低电压穿越能力、频率适应性等电网适应性要求，设定了更高的门槛。
GB/T 37408-2019 标准发布
新国标特别强调，“高电压穿越期间未脱网的逆变器，其电网故障期间输出的有功功率与故障前输出的有功差值不应大于10%Pn，而且高穿期间有功变化不大于10%”。对并网逆变器的性能要求更高了，特别适合西北、西南电网特高压直流通道中新能源电力的送出环境，更有利于光伏并入电网的安全稳定性。”
三．组串逆变器双极架构在
“新国标”高电压穿越条件下更具优势
逆变器是直流光伏和交流电网之间的桥梁。那么我们目前的主流逆变器是否满足新标准呢？记者特意采访了业内技术专家。目前主流的逆变器有两种，一个是集中式，一个是组串式。
集中式逆变器MPPT控制是单级架构，即只有DC-AC一级功率变换，AC与DC之间直流电压和交流电压相耦合，交流侧母线升高会导致直流侧MPPT的工作电压范围变化。当电网线路上的故障过电压传导到集中式逆变器的AC侧时，集中式逆变器的直流侧电压会随之抬升（至1120V左右），进而导致有功输出跌落，造成系统无功过剩，随后电压会进一步上升，扩大了电网故障并增加大面积脱网风险。故集中式逆变器由于单级架构的原因，很难满足最新标准GB/T 37408标准——”高电压穿越期间未脱网的逆变器，其电网故障期间输出的有功功率与故障前输出的有功差值不应大于10%Pn。“
有功跌落风险并非危言耸听。图2和图3给出了分别给出了夏季1500V组串典型PV曲线和真实1500V逆变器夏季运行日志。
首先，根据光伏组件发电特性，正午前后组件温度最高，MPPT点电压偏低，从图2可以看出，夏季正午1500V组串的MPPT电压为1000V以下，两个组串最大功率分别为19.5kW/18.2kW；高电压事件一旦发生，集中式直流电压会飙升至1100V左右，对应的功率仅为17.0kW/12.0kW，功率跌落幅度约为15%~30%，不符合37408-2019规定。
从以上可知发电功率较高且MPPT电压低于1000V是风险最高的工况；我们从图3可以看出，真实工况中MPPT电压低于1000V工况绝非小概率事件，在综合了多云、阴雨、晴好天气的5天中，每天都存在风险工况，晴天工况尤甚；在逆变器开机工作的时段中，风险工况出现比例高达11%！试想HVDC送端电网几GW甚至数十GW的光伏电站发生功率突降，会对电网造成何等的冲击，电网公司又如何承受这高达10%几率的风险。
(a) 组串1 （额定20kWp）
（b）组串2（额定20kWp）
图2 夏季正午典型1500V组串P-V曲线
图3 夏季1500V系统典型运行记录
而组串式逆变器是否能避免这个问题呢？由于组串逆变器天然采用DC-DC、DC-AC两级架构，电网侧与光伏DC侧有一级DC-DC BOOST隔离，因此电网侧过电压不会传导至光伏DC侧，光伏直流系统仍可以稳定保持在最大功率的工作电压，不会因为过电压造成有功功率跌落，故在电网过电压时组串式逆变器的有功输出将满足最新标准GB/T 37408标准，保障过电压穿越平稳进行。因此组串逆变器双级变换架构，能更好支撑高电压穿越下有功输出稳定。
综上所述，随着新能源装机比例的上升，为了解决发电、输电、用电均衡性问题，特高压直流输电成为解决新能源消纳问题的主要通道。十四五规划中，被称为“新基建”重头戏的特高压将加快推进，新能源高电压穿越能力成为保障电网安全稳定的必要条件。因此新国标37408特别增加了高穿有功稳定性、高电压穿越能力等电网适应性规范。目前行业内通过“新国标”考核的光伏逆变器屈指可数。随着新能源光伏产业的成熟发展和技术的迭代升级，行业内应该有更多的逆变器厂家有实力满足这个条件，而不单单是头部的一两家企业。毕竟新能源装机比例日益上升带来的问题，企业们需要共同面对，共同解决，从而才能使行业和企业的发展形成良性循环。期待行业内更多厂家能通过技术升级，达到新标准的考核，并将我们的清洁能源输送到千家万户。
