光伏发电对电能质量造成的主要影响及系统稳定性研究

光伏发电对电能质量造成的主要影响及系统稳定性研究

关海山

(广东电网有限责任公司佛山顺德供电局广东佛山528000)

摘要：近年来，伴随着社会经济的迅速发展，各种生产生活用电量持续增加，为了满足人们日益增长的用电需求，以及促进社会的可持续发展，国家加大了对风力发电技术及光伏发电技术的开发及推广力度。由于分布式发电极易受自然条件的影响作用，从而导致其输出的功率具有较大的随机性及不稳定性，当较多的光伏电源被并入电网，就会影响到电力系统的供电质量。本文主要探讨了光伏发电对电能质量的影响作用，并且以电动汽车分散式充电设施二次规划研究为例，进一步强化了分布式光伏并网对电力系统稳定性的影响情况。

关键词：光伏发电；电能质量；影响；系统稳定性

能源作为人类赖以生存和发展的基础，在人们的日常生活中，占据着非常重要的作用。而电力作为一种能源形式，有助于推动人们生产生活的正常开展。当前世界，由于大规模的使用煤炭、石油等不可再生能源，从而造成了大量的固体颗粒物及有害气体，导致环境污染越来越严重。作为一种新型的、可再生的发电技术，光伏发电被广泛运用，而且大规模的分布式光伏并网发电技术，也有利于极大的提高供电效率。因此，现阶段，需加大对该技术的研究力度，采取有效措施确保电能质量，本文对此展开了研究和探索。

1.光伏电站并网对电能质量的影响

1.1谐波问题

光伏并网系统主要是在有效控制逆变器端电流的过程中，促使其频率、电网电压相位、幅值发生改变，最后实现光伏并网，在这个过程中由于非线性负载的大量运用，从而导致了谐波的出现。而谐波的存在，会造成光伏电站很难实现并网，并且引发过电压、功率平衡破坏、索相困难、增加损耗等问题。当前，光伏在逆变并网的过程中，会造成电压发生总畸变，而且该现象发生的概率已超过了相关标准。同时，多个光伏电站并网，也会进一步增大谐波畸变概率，因此，需在确保逆变器稳定运行的前提下，促使电流的总谐波含量大大降低。

将有源滤波器功能（APF）充分运用于光伏并网系统中，有助于阻碍无功及谐波的产生，并且更好的控制成本，促使系统利用率增加。如图1所示为具有APF功能的光伏并网控制系统示意图，其中i为有功电流指令信号，i为驱动信号，i为无功与谐波电流信号，并且可以按照瞬时无功功率理论来提取补偿信号。在合成并网指令信号时，可以采取在辨识负载基础上的合成方法，通过识别负载轻重及负载类型，并且采取相应的方式来合成指令电流，有利于极大的提高系统对负载的辨识速度及相应速度，具有非常重要的意义

图1具有APF功能的光伏并网系统结构

1.2电压质量问题

电能质量指在负荷运行的状态下，不受电力系统的干扰或者影响的一种能力。从电压偏差及电压波动两方面来阐述分布式光伏电站并网对电能质量的影响。电压偏差是指在电力系统的运行方式发生改变，或者是负荷发生正常的变化时，导致了配电系统中各点的实际电压与额定电压发生了偏离的现象。传统的配电网在一般情况下呈现出辐射状，在电网处于稳态运行的情况下，伴随着馈线潮流的方向，电压会呈现出逐渐变低的情况。当电网中进入大量的分布式光伏，产生发电反应时，电网在馈线上的潮流就会被重新分布，从而导致馈线方向的负荷电压被升高，最终造成电压在负荷方向出现越限现象。此外，分布式光伏发电在输出功率时，还会受自然条件的影响作用，从而导致输出的电压呈波动现象。

电压波动指在随机条件下，电网电压的有效值出现了较快的改变。电网的电压分布情况与电网的潮流分布有关，因此，当电网中的功率发生改变或者消耗了大量负荷，位于电网母线上的节点就会出现电压波动的现象。而在使用分布式光伏电站并网发电时，由于其具有波动性及间歇性，这对输出功率的稳定性产生了重要影响，进而导致电网电压出现波动。

2.电动汽车分散式充电设施二次规划研究

2.1构建二次规划选址模型

当确定完充电设施的数量后，对于事先制定的充电设施数量及距离，可能无法让每个需求点的充电需求都得到满足，因此，可创建最大覆盖模型，确保可以最大化的满足多数需求点的要求。

其中，dij为需求点到候选地质的距离，dik为其到充电站的距离；rj为新建的充电桩，rk为充电站的覆盖半径；当aij=1，aik=1时，代表需求点i既可以到新建设施处充电，又可以到充电站进行充电，如果该需求点处于充电桩及充电站范围内，就可以选择到充电站进行充电，即aij与aik都为0。在创建完最大覆盖模型后，需计算出最大需求覆盖量，即R：

其中，i、j分别作为需求点与候选点；I与J分别作为需求点的集合与候选点的集合；并且i∈I，j∈J。当i中覆盖有大量的充电设施时，Zi=1，不然则为0；Ni作为i的需求量；Xj数值为1时，在j处设置充电桩，反之为0；M为位于规划区内的候选点数量。

2.2二次规划定容模型

2.2.1目标函数

经济化最优目标函数如图所示，

在该式中，Fmax为位于j功能区的最优化收入；Ij为该区内充电桩的充电年收入；Cj为建设投资费用；Yj为运行费用。

（1）因此，经计算得该区域内充电桩的年收入为：

Ij=365BjQjTjP（10）

Bj为充电桩数量；Qj为收费价格；Tj为每个电桩的平均每天利用的时间；P为充电桩功率。

（2）该区域内充电桩的建设投资费用为：

α为贴现概率；z为运行年限；bj为建设每个充电桩的费用。

（3）维护充电桩的费用主要包含管理费用、每天的维护费用及材料成本费用等。假设η为折算系数，那么该功能区域内的充电桩运行费用为：

Yj=Bjbj（1+η）。（12）

2.2.2约束条件

约束经济化最优目标函数的条件公式为：

Bj＜Pj，（14）

Bj≤Wj，（15）

Bj≥0并且Bj∈Z。（16）

其中，A为新建的充电桩的总数量；Wj为该区域内的需求量；Pj为停车位数量。

3.确保电力系统保持稳定性的措施

3.1建立健全的技术规范与标准

由于分布式光伏发电技术本身的优势，以及国家对这一发电技术的大力支持，促使分布式光伏发电获得了快速发展，然而，就目前来看，关于光伏电站并网还严重缺乏相关的法律规范及技术指标。为了实现分布式光伏电站并网，电力部门需加大研究电网的抗干扰性能、并网电压等级参数、发电系统的特点等，将分布式光伏并网工作及程序进行简化和细化，并且完善各项法律规范及技术标准。此外，需严格把控好接入分布式光伏的设备质量，因此需根据电网的规范及要求，详细检查分布式光伏产品中存在的问题，确保其质量安全。在利用分布式光伏电站并网发电时，需严格遵照相关的要求及规范，避免其对电网产生较大影响。

3.2进行科学合理的规划

为了有效避免和防治电网在运行时，受到分布式光伏并网发电的影响作用，供电公司需对此进行合理规划，从而确保电网运行的安全和稳定。当电网中接入大规模的分布式光伏时，电力系统中的分布式光伏设备的装机容量的比例就会增加，这一方面会导致电网运行的控制方式发生很大转变，另一方面，也会影响到电网结构的稳定性。在不久的将来，电力客户在很大情况下将从低压配电网处获得电能来源，并且可以协同电网公司为电能运营作出贡献，因此，这些情况都预示着供电公司需要作出较大改变，确保提供的电能质量安全。为此，供电公司需在充分分析当地电网结构基础上，对于分布式光伏并网技术的具体情况，绘制合理的构图。并且需确定分布式光伏的容量、地址、电网的相关运行标准等，针对在电网中接入分布式光伏问题，开展相关的规划研究工作，从而实现分布式光伏电站并网，确保电网的安全、稳定运行。

4.结语

分布式光伏发电技术可以有效的处理环境及能源问题，而光伏并网发电则可以极大的提高对能源的利用效率，因此，现阶段需加大对分布式光伏电站并网的研究力度，掌握光伏并网对电能质量的影响作用。供电企业需合理规划光伏电站并网结构，不断完善相应的规章制度及技术标准，针对电网的运行情况，开展光伏电能质量评估工作，建立健全的监测装置，从而及时观测光伏电站的电能质量水平，掌握电能质量的动态，确保电网健康、稳定运行，并且推动分布式光伏的进一步发展。

参看文献:

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[4]韩富佳,王淳.基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响[J].电测与仪表,2015,52(14):16-21.