并网光伏发电对电网电能质量的影响分析田野

并网光伏发电对电网电能质量的影响分析田野

田野彭权威

（国网四川省电力公司成都供电公司四川成都610041）

摘要：光伏发电作为太阳能的主要利用途径，能够有效缓解化石能源供给紧张的的现状。光伏发电系统并入常规电网，与之共同承担发供电任务，即形成并网光伏发电系统。相对于独立光伏发电，拥有诸多优点的并网光伏发电，受到了各国极力地推崇和大力地发展。因此，并网光伏发电系统也就成为全球绿色新能源领域的研究热点。但在光伏发电并网过程中采用了大量的电力电子技术，在送上能源的同时也带来了很多影响电网电能质量的因素。本文就光伏发电并网的几个主要技术环节可能带来的电能质量问题进行分析。

关键词：光伏发电；并网；电能质量

全球化石能源日益消耗，能源供给状况日趋紧张，世界各国不得不加紧寻找替代能源和大力开发节能技术。而储量丰富、清洁的太阳能，无疑是化石能源理想的可持续替代能源；光伏发电作为太阳能的主要利用途径，能够有效缓解化石能源供给紧张的现状。光伏发电系统并入常规电网，与之共同承担发供电任务，即形成并网光伏发电系统。相对于独立光伏发电，拥有诸多优点的并网光伏发电，受到了各国极力地推崇和大力地发展。

1.并网光伏发电系统主要结构

光伏发电系统分为独立运行与并网运行两种工作方式。并网光伏发电系统比较具有市场应用价值的形式，是当今世界光伏发电发展的主要趋势。并网光伏发电作为光伏发电的一般具有两种典型系统结构，即单级式并网光伏发电系统与两级式并网光伏发电系统。两者相比较而言，单级式光伏逆变器控制系统需要同时实现最大功率点跟踪与并网控制功能，因此对控制器的要求会比较高。另外，必须加装直流母线电压保护装置来确保系统并网的安全性。两级式并网光伏发电系统主要包括光伏阵列、变换器、逆变器、控制器、滤波电路等几部分。第一级在实现对光伏阵列的最大功率点跟踪的同时，将光伏阵列产生的直流电通过升压变换为受控直流电提供给后级的并网光伏逆变器。第二级的光伏并网逆变器将

2.并网光伏发电对电网电能质量的影响

2.1谐波影响

光伏发电是通过光伏组件将太阳能转化为直流电，再经过并网型逆变器将直流电变换成交流电实现并网。在光伏发电系统中，逆变器是产生谐波的主要设备。并网逆变器内部电力电子元件的大量应用，提升了系统的信息化和智能化处理，但也增加了大量的非线性负载，造成波形失真，给系统带来大量谐波。逆变器开关切换速度的延迟，也会影响电网系统内部整体动态性能的输出，产生小范围的谐波。如果在天气（辐照度、温度）变化较大的情况下，谐波的波动范围也会随之变大。尽管单台并网逆变器输出电流谐波较小，但是多台并网逆变器并联后输出电流的谐波会产生叠加，从而形成输出电流谐波超标现象。此外，逆变器并联容易产生并联谐振，进而导致耦合谐振现象，造成特定次并网谐波电流扩大，最终产生并网电流谐波含量超标问题。

针对光伏接人后的电能质量问题，提出抑制谐波的有效方法：１）从谐波产生的源头人手，对谐波源进行改造，减少谐波注人。２）装置有源或无源滤波器，以吸收某些特定次数的谐波电流。３）装设附加的谐波补偿装置。

2.2电压波动和闪变

在传统配电网中，有功功率、无功功率随时间变化才会引起系统电压波动。而对于光伏发电而言，光伏发电系统有功功率的变化是引起接人点电压波动和闪变的主要因素。光伏发电系统核心部件光伏电池板的最大功率点与辐照强度、天气、季节、温度等因素密切相关，这些自然因素的随机变化引起输出功率变化较大，致使负载功率在一定范围内变化频繁，从而引起并网用户负载端电压波动和闪变。目前针对光伏电压波动和闪变问题的解决方法主要有：１）优化光伏并网逆变器控制策略，提高电压的稳定性；２）增大变电站母线短路容量；３）在光伏电站容量确定的情况下，提高其功率因数，以增加有功功率总量，从而降低无功功率变化量，满足电压波动的限值要求。

2.3直流注入问题

并网光伏发电系统中另一亟待解决的关键问题：直流注人。直流注人影响了电网电能质量，同时也给电网中的其他设备带来不利影响。ＩＥＥＥＳｔｄ９２９－２０００与ＩＥＥＥＳｔｄ５４７－２０００明确规定，并网发电装置向电网注人的直流电流分量不能超过装置额定电流的０．５％。直流注人产生的主要原因有：１）电力电子器件自身分散性及驱动电路不一致不对称等；２）最大功率控制器内部测量器件存在的零点漂移和非线性；３）各开关器件线路阻抗的不对称，寄生参数和寄生电磁场的影响等。目前抑制直流注人的主要方法包括：１）检测补偿法；２）优化设计逆变器并网结构；３）电容隔直；４）虚拟电容法；５）装置隔离变压器等。

2.4孤岛效应的影响孤

岛效应是指由于人为因素或自然因素造成电网中断供电，但各个并网光伏发电系统没能及时检测出电网停电状态，从而光伏发电系统与其相连的负载仍独立运行的现象。随着并网光伏发电接人渗透率的不断扩大，孤岛效应发生的几率也逐渐增加。孤岛效应的形成对整个配电网电能质量造成不利影响，主要包括：１）在孤岛效应发生位置，其电压和频率波动性较大，降低了电能质量，且孤岛中的电压和频率不受电网控制，可能会造成系统电气设备损坏和重合闸故障等，同时可能会对电网维修人员造成个人安全隐患。２）在供电恢复过程中，由于电压相位之间不同步将会产生浪涌电流，有可能导致电网波形瞬间下跌。３）光伏发电系统出现孤岛效应之后，如果原供电模式为单相供电模式，有可能使配电网发生三相负荷不对称的问题，进而降低其余用户的用电整体质量。４）当配电网切换至孤岛方式，仅仅依靠光伏发电系统供应电能，若该供电系统容量太小或未安装储能装置，均有可能造成用户负荷出现电压不稳定和闪变问题。

针对孤岛效应产生的影响，主要有以下解决方法：１）优化并网光伏发电系统孤岛检测方法，分析光伏发电对配电网故障电流大小、方向及分布的影响，提高故障情况下负荷切除速度和孤岛划分的选择技术。２）提高孤岛检测技术的可靠性，配置快速有效的反孤岛保护功能，在异常情况下准确判断孤岛状态并迅速有效中断并网。

总结

并网光伏发电系统已成为全球绿色新能源领域的研究热点，在有效缓解能源危机成为电网重要组成部分的同时，也带来了很多新问题，值得深思与研究。

参考文献：

[1]王云囯．光伏发电并网对电能质量影响的分析［Ｊ］．农业科技与装备，２０１２，（０８）：５３－５４．

[2]徐文丽，鲍伟，王巨波，等．分布式电源并网对电能质量的影响研究综述［Ｊ］．电源技术，２０１６，（１２）：２７９９－２８０１．