光伏发电并网对电能质量以及损耗的影响分析

光伏发电并网对电能质量以及损耗的影响分析

李振维

广东电网有限责任公司茂名信宜供电局 广东省茂名市 525300

摘要：随着全球能源危机和节能减排战略的推进，将可再生能源大量接入微网为本地负荷供电已是大势所趋，其中并网光伏发电系统以环保、低噪声、适用范围广等特点而备受青睐。本文分析了光伏发电并网对电能质量以及损耗的影响分析。

关键词：光伏发电；电能质量；损耗

近年来光伏发电装机容量不断扩大，上网电量也逐年增加，但由宁其装机容量规模一般较小、场址布置相对比较分散、输出功率浮动较大的特点，也给电网电能跋量造成了很大的影响：因此研究光伏发电对电能质董时影响，对促进电力有效生产及电网安全稳定运行具有重要意义。

光伏发电的基本原理

光伏发电利用半导体表面存在的光生伏特效应，逋过光照在半导体材料两端发出．直流电流。当太阳光照在半导体Ｐ－Ｎ节上时，新的电子－空穴对就会形成，光子将电子从共价键中激发．后，电，流向Ｎ区，空穴流向Ｐ区，从而半导体两端产生电势差ＰＮ结两端的电路一旦接通，就会形成电流，从Ｐ区经外电路流向Ｎ区，对负载输出电功率。

二、光伏发电并网对电能质量影响分析

1.最大功率点跟踪技术对电能质量的影响(MPPT)。光伏阵列的输出具有高度非线性特征，并且受到光照强度、温度以及负载状况的影响。在一定的光照强度和环境温度下，只有唯一的电压值对应着光伏阵列的最大输出功率。因此，不断地根据光照强度、温度等外部环境因素的变化来调整光伏阵列的工作点，使之始终处于最大功率点的技术称为最大功率点跟踪技术，就是把太阳能光伏阵列输出功率稳定在其可输出的最大值Pm处。两级式并网光伏发电的拓扑结构，第一级即变换器和最大功率跟踪算法一起接入到光伏发电控制系统中实现整个并网光伏发电系统的最大功率点跟踪。DC-DC变换器通过控制电力电子功率开关器件的通断，改变功率开关的占空比来调整输出电压平均值的方式改变直流电的幅值。应用在太阳能光伏发电系统中的电压-电压型DC-DC变换电路主要有：降压式（Buck）、升压式（Boost）、升降压式（Buck-Boost）、库克式(Cuk)。无论采用哪种方式都要通过采用改变功率开关管的占空比的方法来实现光伏阵列最大功率点的跟踪。所以电路的参数与控制占空比的算法都会对系统输出电能质量产生影响。另外，以Boost电路为例，Boost升压电路影响电路的电能质量主要是电路的电感和电容的取值，而电路上的电感、电容的取值都很大程度上影响光伏阵列输出电压启动过程的调节时间、峰值以及稳态电压波动的幅度，从而影响到光伏系统的并网电能质量。滤波电感主要是影响并网光伏发电系统环节的输出电压。电容取值不变时，随着电感的取值减小，光伏阵列输出电压则由振荡启动转变为非振荡启动，减小了电压跟随设定值的速度，增加了达到稳态的时间，且振荡峰值也随着电感的减小而增大。但当电感值小于理论上的最小值时，就会产生使输出电压引起输出纹波电流过大、并网谐波增加等等问题。电容的取值则主要影响光伏阵列输出电压启动过程的调节时间以及稳态电压波动的幅度，不影响输出电压的幅值。电容取值越大，输出电压波动幅度就越小，这样，有利于并网光伏发电系统逆变电路直流母线电压的稳定；但电容取值增大会使得启动的振荡过程变久而降低电压的跟随速度，同样当电容值小于理论上的最小值时，稳态输出电压就会出现高频率、大幅度的波动，这将会严重影响电能质量。

2.并网逆变器对电能质量影响因素分析。并网光伏发电系统的主要功能为将太阳能光伏阵列所产生的直流电直接转换成与电网电压同频、同相的交流电，其控制方式如同一个与电网电压同步的电流控制型PWM逆变器。为了降低送入电网的电流对电网产生的电流谐波，因此送入电网的电流波形总谐波畸变率应越低越好。控制目标为输出功率因数为1。逆变器按输出控制方式也分为电压控制与电流控制两种。若采用L型并网逆变器，则逆变电路对并网电能质量产生影响的元件参数主要有直流侧电容、滤波电感。电容取值若太小则会增大电压波动，降低并网电流跟踪效果；电容取值若过大又会降低动态响应速度，而且会增加电容造价和物理体积。从滤波电感决定逆变电路低频输出阻抗来说，取值应尽量小，但这样会增大电路谐波电流。滤波电感越大，THD值越小，即并网的谐波电流越小。

3.孤岛效应检测与保护技术对电能质量的影响。孤岛效应，是指电网失电时，光伏发电系统未能及时检测出电网停电状态并及时脱离电网，使太阳能并网发电系统和周围的负载组成一个脱离电网的自给供电孤岛。孤岛效应一旦发生，如果不能得到及时、妥当地处理，有可能产生下列非常严重的后果：当电网发生故障

或其它原因而断网后，由于光伏发电系统仍旧维持供电予负载，将可能使得维修人员在进行维修时，发生人身或设备安全事故。当电网断电后，光伏发电系统由于失去电网所提供的参考信号，会造成系统输出电压、电流及频率漂移而偏移电网正常频率，不仅引发不稳定的情况，还可能使所供电能包含有较多电压与电流谐波成分。若未能及时将负载与光伏发电系统分离，将损坏某些对频率变化十分敏感的负载。在市电恢复瞬间，由于电压相位不同，可能产生较大的冲击电流，造成相关设备损坏。且在电网恢复供电时，可能引发同步问题。若光伏系统与电网为三相连接，当发生孤岛现象时，将形成欠相供电，影响用户正常使用三相负载。

三、案例光伏并网的电能损耗分析

某6MW光伏并网项为例，该目光伏电站系统电池组件选用250W多晶硅太阳能电池组件，每个光伏组串按照20块电池组件串联进行设计，由1200个光伏组串组成，共需24000块，总容量为6MWp，整个系统需配置12台500kW并网逆变器,逆变器箱房输出交流电315V，经1000kVA变压器后升压至10kV。2台500kWp逆变器组成一个兆瓦逆变器箱房，经6台升压箱变1000kVA升压后输出交流10kV至汇集站，后并网于公司10kV新科开闭所10千伏母线，电量采用统购统销的模式上网。贝迪6MW光伏并网接入系统

1.并网点。贝迪光伏6MW并网点设在汇集站10kV出线开关处，公共电网连接点设在10kV新科开闭所10kV出线开关柜，从并网点至新科10kV开闭所线路，按照《国家电网公司分布式电源并网相关意见和规范的通知》由供电公司负责投资，光伏投资方与济源供电公司产权分界点设在汇集站10kV出线开关。在并网点（产权分界点）处安装并网电能表，而且必须是同型号、同规格、准确度相同的主副双向电能表各一套，用于光伏发电计费补偿及与供电公司上网电量的结算。

2.解决方法。为减少光伏并网对供电公司造成的电量损失，采用逆变器的空接点来控制高压侧并网开关，当夜间逆变器不工作时，通过逆变器的空接点来跳开高压侧并网开关，从而减少公司的电能损少，同时要求项目方安装UPS电池，用以解决晚上箱变检修及照明用电。

随着我国光伏发电产业的快速发展，并网光伏装机容量和数量的不断增加，致使电网电能质量受到很大影响。因此，研究并网光伏发电对电网电能质量的影响非常必要。

参考文献：

[1]李建.新型电网———微电网研究综述[J].继电器,2017,35(12):75-81.

[2]毛涛.分布式发电及其对电力系统的影响[J].电力系统自动化,2017,6(12):35-65.