簡(jiǎn)婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

并網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

光伏發(fā)電作為新興能源發(fā)電的一種，光照、溫度等外部條件隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性的變化是光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生影響的主要因素。其中DC-AC逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的器件之一，光伏逆變器質(zhì)量的優(yōu)劣在一定程度上決定光伏發(fā)電的電能質(zhì)量能否達(dá)到并網(wǎng)要求。光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波、電壓波動(dòng)和閃變、直流注入、孤島效應(yīng)等問(wèn)題，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，對(duì)電網(wǎng)造成不利影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)于擾供用電系統(tǒng)及光伏發(fā)電設(shè)備自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1諧波影響

光伏發(fā)電是通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過(guò)并網(wǎng)型逆變器將直流電變換交流電實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備。并網(wǎng)逆變器內(nèi)部電力電子元件的大量應(yīng)用，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負(fù)載，造成波形失真，給系統(tǒng)帶來(lái)大量諧波。逆變器開(kāi)關(guān)切換速度的延遲，也會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部整體動(dòng)態(tài)性能的輸出，產(chǎn)生小范圍的諧波。如果在天氣(輻照度、溫度)變化較大的情況下，諧波的波動(dòng)范圍也會(huì)隨之變大。盡管單臺(tái)并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會(huì)產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象。此外，逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進(jìn)而導(dǎo)致耦合諧振現(xiàn)象，造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴(kuò)大，產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)問(wèn)題。

針對(duì)光伏接入后的電能質(zhì)量問(wèn)題，提出抑*諧波的有效方法：1)從諧波產(chǎn)生的源頭入手，對(duì)諧波源進(jìn)行改造，減少諧波注入。2)裝置有源或無(wú)源濾波器，以吸收某些特定次數(shù)的諧波電流。3)裝設(shè)附加的諧波補(bǔ)償裝置。

2電壓波動(dòng)和閃變

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，有功功率、無(wú)功功率隨時(shí)間變化才會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)。而對(duì)于光伏發(fā)電而言，光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率的變化是引起接入點(diǎn)電壓波動(dòng)和閃變的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件光伏電池板的大功率點(diǎn)與輻照強(qiáng)度、天氣、季節(jié)、溫度等因素密切相關(guān)，這些自然因素的隨機(jī)變化引起輸出功率變化較大，致使負(fù)載功率在一定范圍內(nèi)變化頻繁，從而引起并網(wǎng)用戶負(fù)載端電壓波動(dòng)和閃變。

目前針對(duì)光伏電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題的解決方法主要有：1)優(yōu)化光伏并網(wǎng)逆變器控制策略，提高電壓的穩(wěn)定性；2)加大變電站母線短路容量；3)在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數(shù)，以增加有功功率總量，從而降低無(wú)功功率變化量，滿足電壓波動(dòng)的限值要求。

3直流注入問(wèn)題

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題：直流注入。直流注入影響了電網(wǎng)電能質(zhì)量，同時(shí)也給電網(wǎng)中的其他設(shè)備帶來(lái)不利影響。IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000明確規(guī)定，并網(wǎng)發(fā)電裝置向電網(wǎng)注入的直流電流分量不能超過(guò)裝置額定電流的0.5%。直流注入產(chǎn)生的主要原因有：1)電力電子器件自身分散性及驅(qū)動(dòng)電路不一致不對(duì)稱等；2)大功率控制器內(nèi)部測(cè)量器件存在的零點(diǎn)漂移和非線性；3)各開(kāi)關(guān)器件線路阻抗的不對(duì)稱，寄生參數(shù)和寄生電磁場(chǎng)的影響等。

目前抑*直流注入的主要方法包括：1)檢測(cè)補(bǔ)償法；2)優(yōu)化設(shè)計(jì)逆變器并網(wǎng)結(jié)構(gòu)；3)電容隔直；4)虛擬電容法；5)裝置隔離變壓器等。

4孤島效應(yīng)的影響

孤島效應(yīng)是指由于人為因素或自然因素造成電網(wǎng)中斷供電，但各個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)能及時(shí)檢測(cè)出電網(wǎng)停電狀態(tài)，從而光伏發(fā)電系統(tǒng)與其相連的負(fù)載仍獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)象。隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電接入滲*率的不斷擴(kuò)大，孤島效應(yīng)發(fā)生的幾率也逐漸增加。孤島效應(yīng)的形成對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不利影響，主要包括：1)在孤島效應(yīng)發(fā)生位置，其電壓和頻率波動(dòng)性較大，降低了電能質(zhì)量，且孤島中的電壓和頻率不受電網(wǎng)控制，可能會(huì)造成系統(tǒng)電氣設(shè)備損壞和重合閘故障等，同時(shí)可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)維修人員造成個(gè)人安全隱患。

2)在供電恢復(fù)過(guò)程中，由于電壓相位之間不同步將會(huì)產(chǎn)生浪涌電流，有可能導(dǎo)致電網(wǎng)波形瞬間下跌。

3)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)孤島效應(yīng)之后，如果原供電模式為單相供電模式，有可能使配電網(wǎng)發(fā)生三相負(fù)荷不對(duì)稱的問(wèn)題，進(jìn)而降低其余用戶的用電整體質(zhì)量。

4)當(dāng)配電網(wǎng)切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)電能，若該供電系統(tǒng)容量太小或未安裝儲(chǔ)能裝置，均有可能造成用戶負(fù)荷出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定和閃變問(wèn)題。

針對(duì)孤島效應(yīng)產(chǎn)生的影響，主要有以下解決方法：

1）優(yōu)化并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測(cè)方法，分析光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)故障電流大小、方向及分布的影響，提高故障情況下負(fù)荷切除速度和孤島劃分的選擇技術(shù)。

2) 提高孤島檢測(cè)技術(shù)的可靠性，配置快速有*的反孤島保護(hù)功能，在異常情況下準(zhǔn)確判斷孤島狀態(tài)并迅速有*中斷并網(wǎng)。

安科瑞的解決方案

1電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)

   APView500 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置采用了高性能多核平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測(cè)試和測(cè)量技術(shù)-電能質(zhì)量測(cè)量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度監(jiān)測(cè)、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量精度以及時(shí)鐘同步、事件標(biāo)記功能等各個(gè)方面均達(dá)到了 IEC61000-4-30 A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足 110kV 及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求。

2防孤島保護(hù)裝置

   防孤島保護(hù)裝置檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)有逆功率、頻率突變、 等異常數(shù)據(jù)時(shí)，即發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，裝置可配合斷路器快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。

3產(chǎn)品介紹

作者介紹

簡(jiǎn)婷，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)?span style="color: rgb(119, 119, 119); font-family: 黑體, SimHei; font-size: 16px; text-wrap: wrap; background-color: rgb(255, 255, 255);">電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)。