關于California Rule 21 (加州分布式可再生能源 IEEE2030.5 用例)

作者：戈登·林, 翻譯Linda

前言

出口美國的光伏和儲能廠商一定會非常熟悉California Rule 21. 這個法規實際發布有些年了。不過近期在溝通中發現還是有不少業內同事對這個法規，以及它和SunSpec IEEE2030.5 CSIP的關系不清楚。這份資料比較詳細解釋了Rule 21。

編者注：本文目的是供各位同仁參考澄清疑惑，非謀利目的。文件可收藏，勿拿去謀利。

傳統上，電力公司根據預測需求提供能源。隨著越來越多不可預測的分布式能源（DER）（尤其是太陽能）的上線，這種模式正在迅速發生變化。分布式能源對電網具有間歇性且目前不受控制的影響，導致穩定性問題，包括停電，諷刺的是，停電是由于能源生產過剩造成的。

近年來，加利福尼亞州與許多其他州一起在制定解決方案方面取得了長足進步，以緩解與屋頂太陽能滲透率增加相關的問題。加州公用事業委員會 (CPUC) 于 2016 年 6 月做出第 21 條規則決定，要求智能逆變器由公用事業公司或 DER 運營商/聚合商進行管理，以維持電網可靠性。本文提供了有關加州第 21 條實施狀況的簡要更新。

加州規則 21

第 21 條決定基于智能逆變器工作組(SIWG) 的建議，包括三個實施階段：第 1 階段 – 實施強制性自主智能逆變器功能；第 2 階段 – 增加智能逆變器的通信要求；第三階段——先進智能逆變器功能的建議。

第一階段

在第一階段，智能逆變器的設置符合每個公用事業公司的互連手冊。配置完成后，它們會根據當地條件調整輸出來自主運行（即無需通信），從而有助于維持電網可靠性和電能質量。第一階段的七個職能是：

反孤島效應：在長期異常條件下脫扣

低/高電壓穿越：穿越超出正常限制的電壓偏移

低頻/高頻穿越：穿越超出正常限制的頻率偏移

Volt-VAr：通過對本地電壓測量的自主響應進行動態無功功率注入

緩升率：定義默認和緊急緩升率以及上限和下限

固定功率因數：以固定功率因數提供無功功率

軟重連：提供“軟啟動”方法

第二階段

在第二階段，強制要求公用事業公司和智能逆變器或聚合器之間存在雙向通信要求。雖然第一階段的功能可以自主運行，但如果沒有通信就無法修改它們。隨著網絡或太陽能條件的變化，它們的參數和軟件無法更新。此外，大多數（如果不是全部）擬議的第三階段功能都需要通信。通信允許向智能逆變器發布功能和安全更新，而無需親自前往每個站點。

選定的通信協議必須：在不同的媒體接口上運行；通過 TCP/IP 互聯網協議運行；采用國際標準IEC 61850作為信息模型；在傳輸層和應用層提供網絡安全；并為用戶和設備身份驗證提供網絡安全。

CA 規則 21 選擇 IEEE 2030.5 標準（也稱為智能能源配置文件 2.0）作為默認通信協議，因為它滿足所有列出的選擇標準。 IEEE 2030.5 是一種基于標準互聯網協議構建的安全、可擴展且用戶友好的應用層協議。該標準包含基于 IEC 61850 的 DER 對象模型、直接控制、自主曲線以及狀態和計量信息。這些功能確保公用事業公司擁有維持電網穩定性和可靠性所需的工具。

此外，規則 21 的決定指示加州投資者擁有的公用事業公司 (IOU) 公布實施第二階段協議的任何商定的技術要求。 2016年8月31日，加州智能逆變器實施工作組發布了《IEEE 2030.5通用加州IOU規則21智能逆變器實施指南》1.0版，定義了加州通用智能逆變器規范（CSIP）。 CSIP 為逆變器通信創建了一個通用的通信配置文件，各方都可以依賴該配置文件來促進“即插即用”通信。 CSIP 的一些指導原則包括：

使用 IEEE 2030.5 通過定義完整的配置文件（包括數據模型、消息傳遞模型、通信協議和安全性）來實現互操作性

限制和/或消除某些 IEEE 2030.5 選項以增強互操作性

使用現有的 IEEE 2030.5 資源和方法，而不是發明新的資源和方法

借助 CSIP 實施指南、IEEE 2030.5 規范以及每個 IOU 的互連手冊，智能逆變器制造商、聚合商等可以開始實施所有第 2 階段的要求。

第三階段

智能逆變器系統的使用可以通過最小化其運行來延長配電設備的使用壽命，同時改善客戶的電能質量。先進功能將使智能逆變器系統在配電系統穩定、電力系統可靠性和總體能源效率方面扮演更加積極的角色。2016年3月，智能逆變器工作組（SIWG）對以下候選先進智能逆變器功能進行了技術分析：

監控DER數據 - 能夠提供狀態信息和計量數據。

斷開/重新連接 - 能夠提供“停止通電”狀態。

限制最大實際功率 - 能夠設置實際功率輸出的最大限制。

設置實際功率輸出 - 能夠設置實際功率輸出水平。

頻率-瓦特模式 - 能夠通過增加或減少實際功率輸出來對抗頻率波動。

電壓-瓦特模式 - 能夠通過增加或減少實際功率輸出來對抗電壓波動。

動態無功電流 - 能夠根據電壓動態變化提供無功電流支持。

調度控制 - 能夠為特定時間段安排DER控制。

未來，電力工程分析、測試結果、經濟、電價以及其他因素將最終確定公用事業將使用哪些先進功能來實現這些目標。

現狀

Phase 1：

Rule 21決定要求所有并網智能逆變器在UL 1741 Supplement SA獲得批準后的一年內實施第一階段功能。UL 1741 SA于2016年9月8日進行了投票并獲得批準，UL表示他們已準備開始認證工作。到2017年9月，所有逆變器都需要獲得UL1741SA認證才能獲得并網許可。

Phase 2:：

Rule 21決定指示加州投資公用事業在決定做出后的六個月內提交有關通信方面任何達成一致的技術要求的建議信。CSIP實施指南的第1.0版已經完成，IOUs目前正在制定它們的并網手冊。

同時，公用事業、聚合器、智能逆變器制造商和其他相關方一直在實驗室和現場條件下積極測試第二階段的通信。更大規模的現場試驗正在籌劃中。

編者注：目前的狀態是第二階段，通信協議采用IEEE2030.5 CSIP。電網支持功能根據IEEE1547/UL1741SB。

Phase 3:：

Rule 21決定要求加州投資公用事業在決定做出后的六個月內提交有關先進智能逆變器功能的建議信。公用事業和其他相關利益相關者目前正在最終確定第三階段的先進逆變器功能清單。

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審核編輯 黃宇