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統(tǒng)管能源設(shè)備，發(fā)揮支撐電網(wǎng)作用

隨著全球廠商競爭的激化，今后，功率調(diào)節(jié)器將發(fā)生質(zhì)變。其發(fā)展方向大致分為：（1）在大量采用可再生能源所發(fā)電力時，減輕電網(wǎng)負(fù)荷的電網(wǎng)支持技術(shù)；（2）瞄準(zhǔn)分布式電源普及的時代，能夠與其他設(shè)備聯(lián)動的技術(shù)；（3）為避免價格競爭，通過小型化等實現(xiàn)差異化的技術(shù)（圖4）。通過上述質(zhì)變，功率調(diào)節(jié)器將變身為在與電網(wǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)的同時，統(tǒng)管所有能源設(shè)備的EMS。

圖4：由轉(zhuǎn)換器和逆變器構(gòu)成 功率調(diào)節(jié)器由轉(zhuǎn)換器和逆變器構(gòu)成。今后的技術(shù)課題是配備電網(wǎng)支持技術(shù)等。（電路圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)三菱電機(jī)的資料制作）

其中，電網(wǎng)支持技術(shù)是在太陽能電池等分布式電源大量并網(wǎng)時不可或缺的技術(shù)。例如，在電網(wǎng)發(fā)生停電時，功率調(diào)節(jié)器能確實停止運轉(zhuǎn)的技術(shù)；在電網(wǎng)電壓瞬間降低時，為防止發(fā)生大規(guī)模停電，功率調(diào)節(jié)器能夠繼續(xù)運轉(zhuǎn)的技術(shù)；防止用電方電壓過度上升的技術(shù)；在連休等期間，能夠減少剩余電力的技術(shù)，等等。

為了達(dá)到上述要求，功率調(diào)節(jié)器已經(jīng)開始配備各種功能。雖然以前也配備了檢測到異常后停止運轉(zhuǎn)的功能等，但隨著采用量的激增，需要進(jìn)一步加以強化。三菱電機(jī)公司中津川工廠太陽能發(fā)電系統(tǒng)部副部長加藤愛一郎稱，如果功率調(diào)節(jié)器能夠配備多種多樣的電網(wǎng)支持功能，就“可以從依賴于電網(wǎng)的狀態(tài)，變成具備電網(wǎng)支持功能的設(shè)備”。

統(tǒng)一檢測方式

在電網(wǎng)支持功能中，最近需要進(jìn)行應(yīng)對的是配備新的單獨運轉(zhuǎn)防止功能及不脫網(wǎng)運行（Fault Ride Through，F(xiàn)RT）功能。2015年4月以后生產(chǎn)的不足10kW的功率調(diào)節(jié)器在取得日本電氣安全環(huán)境研究所（JET）認(rèn)證時，必須具備以上功能。而10kW以上的產(chǎn)品沒有相關(guān)的認(rèn)證制度，因此需要根據(jù)與電力公司的并網(wǎng)協(xié)議單獨進(jìn)行應(yīng)對。

獲得JET認(rèn)證所需的新的單獨運轉(zhuǎn)防止功能是指，即使在多個太陽能發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的狀態(tài)下，在停電時，也能確實停止電力輸出的功能（圖5）。以往的單獨運轉(zhuǎn)防止功能由于各公司都采用各自獨有的結(jié)構(gòu)，因此在同一個配電網(wǎng)上連接著多個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的情況下，就可能會發(fā)生誤動作。

圖5：防止單獨運轉(zhuǎn)和同時解列 在停電時，如果繼續(xù)運轉(zhuǎn)，會發(fā)生觸電和短路等危險，因此必須停止其運轉(zhuǎn)（a）。而在電壓瞬間降低時，如果停止運轉(zhuǎn)，可能會使電網(wǎng)的供求失去平衡，因此需要保持運轉(zhuǎn)（b）。

因此，如果柱上變壓器下游側(cè)有多臺功率調(diào)節(jié)器，必須要確認(rèn)這些功率調(diào)節(jié)器不會發(fā)生誤動作。這就需要同時對包括其他公司產(chǎn)品在內(nèi)的所有功率調(diào)節(jié)器進(jìn)行試驗，對此，某功率調(diào)節(jié)器廠商指出，較之試驗所需的時間，“更大的難題是向各廠商借用產(chǎn)品所花的工夫和時間”。

所以，日本電機(jī)工業(yè)會（JEMA）以歐姆龍公司開發(fā)的技術(shù)為基礎(chǔ)，將停電檢測方法統(tǒng)一成了“分步提供無功電力頻率反饋方式”。也就是監(jiān)測電網(wǎng)的電壓大小和波形失真，在發(fā)生異常時，強行向電網(wǎng)側(cè)高速提供無功電力，通過頻率變動來檢測單獨運轉(zhuǎn)的功能。該方式于2012年8月成為規(guī)格“JEM 1498”，如果功率調(diào)節(jié)器取得符合該規(guī)格的JET認(rèn)證，無需實施確認(rèn)誤動作的試驗即可設(shè)置。

電壓上升成為課題

FRT功能與單獨運轉(zhuǎn)防止功能相反，是防止太陽能電池停止運轉(zhuǎn)的功能。在大量采用太陽能電池的情況下，電網(wǎng)電壓瞬間降低時，可能會發(fā)生太陽能電池全部停止發(fā)電的“同時解列”現(xiàn)象。如果出現(xiàn)同時解列現(xiàn)象，電網(wǎng)的電力供求會失去平衡，從而發(fā)生大范圍停電。

因此，F(xiàn)RT功能需要滿足以下條件：在電壓降低后能夠保持正常電壓20％以上的電壓；發(fā)生持續(xù)時間在1秒以內(nèi)的電壓降低時，能夠保持運轉(zhuǎn)；在電壓恢復(fù)后0.1秒以內(nèi)，恢復(fù)到正常電壓下80％以上的輸出功率。在用于住宅太陽能發(fā)電的功率調(diào)節(jié)器方面，歐姆龍、松下和安川電機(jī)等已在生產(chǎn)具備FRT功能的產(chǎn)品。其他公司也在計劃生產(chǎn)能夠取得2015年4月以后必備的新JET認(rèn)證的產(chǎn)品。

不過，如果進(jìn)一步采用太陽能電池等分布式電源，除了上述新單獨運轉(zhuǎn)防止功能和FRT功能外，今后還需要針對電壓上升和剩余電力采取對策。電壓上升是指，當(dāng)來自太陽能電池等的電力逆流增加時，用電方的電網(wǎng)電壓上升的現(xiàn)象。

一般情況下，離發(fā)電站越近，電網(wǎng)電壓越高，而家庭等用電方的電壓越低。如果出現(xiàn)相反情況，功率調(diào)節(jié)器只能抑制電力輸出，即使在能發(fā)電的狀態(tài)下，也無法獲得充分的輸出電力。作為解決對策，可以采取從功率調(diào)節(jié)器輸入無功電力來調(diào)整電網(wǎng)電壓等方法。

剩余電力對策是在電力需求較少的放長假期間等抑制電力輸出的功能。以前探討過設(shè)定抑制輸出日，或通過通信功能抑制輸出的方法。但發(fā)生東日本大地震以后，火力發(fā)電站增加，在電網(wǎng)側(cè)調(diào)整電力輸出變得比較容易，因此現(xiàn)在這項功能的重要性有所降低。（日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）