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

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

作者：戈登·林, 翻译Linda

前言

出口美国的光伏和储能厂商一定会非常熟悉California Rule 21. 这个法规实际发布有些年了。不过近期在沟通中发现还是有不少业内同事对这个法规，以及它和SunSpec IEEE2030.5 CSIP的关系不清楚。这份资料比较详细解释了Rule 21。

编者注：本文目的是供各位同仁参考澄清疑惑，非谋利目的。文件可收藏，勿拿去谋利。

传统上，电力公司根据预测需求提供能源。随着越来越多不可预测的分布式能源（DER）（尤其是太阳能）的上线，这种模式正在迅速发生变化。分布式能源对电网具有间歇性且目前不受控制的影响，导致稳定性问题，包括停电，讽刺的是，停电是由于能源生产过剩造成的。

近年来，加利福尼亚州与许多其他州一起在制定解决方案方面取得了长足进步，以缓解与屋顶太阳能渗透率增加相关的问题。加州公用事业委员会 (CPUC) 于 2016 年 6 月做出第 21 条规则决定，要求智能逆变器由公用事业公司或 DER 运营商/聚合商进行管理，以维持电网可靠性。本文提供了有关加州第 21 条实施状况的简要更新。

加州规则 21

第 21 条决定基于智能逆变器工作组(SIWG) 的建议，包括三个实施阶段：第 1 阶段 – 实施强制性自主智能逆变器功能；第 2 阶段 – 增加智能逆变器的通信要求；第三阶段——先进智能逆变器功能的建议。

第一阶段

在第一阶段，智能逆变器的设置符合每个公用事业公司的互连手册。配置完成后，它们会根据当地条件调整输出来自主运行（即无需通信），从而有助于维持电网可靠性和电能质量。第一阶段的七个职能是：

反孤岛效应：在长期异常条件下脱扣

低/高电压穿越：穿越超出正常限制的电压偏移

低频/高频穿越：穿越超出正常限制的频率偏移

Volt-VAr：通过对本地电压测量的自主响应进行动态无功功率注入

缓升率：定义默认和紧急缓升率以及上限和下限

固定功率因数：以固定功率因数提供无功功率

软重连：提供“软启动”方法

第二阶段

在第二阶段，强制要求公用事业公司和智能逆变器或聚合器之间存在双向通信要求。虽然第一阶段的功能可以自主运行，但如果没有通信就无法修改它们。随着网络或太阳能条件的变化，它们的参数和软件无法更新。此外，大多数（如果不是全部）拟议的第三阶段功能都需要通信。通信允许向智能逆变器发布功能和安全更新，而无需亲自前往每个站点。

选定的通信协议必须：在不同的媒体接口上运行；通过 TCP/IP 互联网协议运行；采用国际标准IEC 61850作为信息模型；在传输层和应用层提供网络安全；并为用户和设备身份验证提供网络安全。

CA 规则 21 选择 IEEE 2030.5 标准（也称为智能能源配置文件 2.0）作为默认通信协议，因为它满足所有列出的选择标准。 IEEE 2030.5 是一种基于标准互联网协议构建的安全、可扩展且用户友好的应用层协议。该标准包含基于 IEC 61850 的 DER 对象模型、直接控制、自主曲线以及状态和计量信息。这些功能确保公用事业公司拥有维持电网稳定性和可靠性所需的工具。

此外，规则 21 的决定指示加州投资者拥有的公用事业公司 (IOU) 公布实施第二阶段协议的任何商定的技术要求。 2016年8月31日，加州智能逆变器实施工作组发布了《IEEE 2030.5通用加州IOU规则21智能逆变器实施指南》1.0版，定义了加州通用智能逆变器规范（CSIP）。 CSIP 为逆变器通信创建了一个通用的通信配置文件，各方都可以依赖该配置文件来促进“即插即用”通信。 CSIP 的一些指导原则包括：

使用 IEEE 2030.5 通过定义完整的配置文件（包括数据模型、消息传递模型、通信协议和安全性）来实现互操作性

限制和/或消除某些 IEEE 2030.5 选项以增强互操作性

使用现有的 IEEE 2030.5 资源和方法，而不是发明新的资源和方法

借助 CSIP 实施指南、IEEE 2030.5 规范以及每个 IOU 的互连手册，智能逆变器制造商、聚合商等可以开始实施所有第 2 阶段的要求。

第三阶段

智能逆变器系统的使用可以通过最小化其运行来延长配电设备的使用寿命，同时改善客户的电能质量。先进功能将使智能逆变器系统在配电系统稳定、电力系统可靠性和总体能源效率方面扮演更加积极的角色。2016年3月，智能逆变器工作组（SIWG）对以下候选先进智能逆变器功能进行了技术分析：

监控DER数据 - 能够提供状态信息和计量数据。

断开/重新连接 - 能够提供“停止通电”状态。

限制最大实际功率 - 能够设置实际功率输出的最大限制。

设置实际功率输出 - 能够设置实际功率输出水平。

频率-瓦特模式 - 能够通过增加或减少实际功率输出来对抗频率波动。

电压-瓦特模式 - 能够通过增加或减少实际功率输出来对抗电压波动。

动态无功电流 - 能够根据电压动态变化提供无功电流支持。

调度控制 - 能够为特定时间段安排DER控制。

未来，电力工程分析、测试结果、经济、电价以及其他因素将最终确定公用事业将使用哪些先进功能来实现这些目标。

现状

Phase 1：

Rule 21决定要求所有并网智能逆变器在UL 1741 Supplement SA获得批准后的一年内实施第一阶段功能。UL 1741 SA于2016年9月8日进行了投票并获得批准，UL表示他们已准备开始认证工作。到2017年9月，所有逆变器都需要获得UL1741SA认证才能获得并网许可。

Phase 2:：

Rule 21决定指示加州投资公用事业在决定做出后的六个月内提交有关通信方面任何达成一致的技术要求的建议信。CSIP实施指南的第1.0版已经完成，IOUs目前正在制定它们的并网手册。

同时，公用事业、聚合器、智能逆变器制造商和其他相关方一直在实验室和现场条件下积极测试第二阶段的通信。更大规模的现场试验正在筹划中。

编者注：目前的状态是第二阶段，通信协议采用IEEE2030.5 CSIP。电网支持功能根据IEEE1547/UL1741SB。

Phase 3:：

Rule 21决定要求加州投资公用事业在决定做出后的六个月内提交有关先进智能逆变器功能的建议信。公用事业和其他相关利益相关者目前正在最终确定第三阶段的先进逆变器功能清单。

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审核编辑 黄宇