分布式光伏并网对电能质量的影响及对策

分布式光伏并网对电能质量的影响及对策

蔡欢涛

海南电网有限责任公司琼中供电局

摘要：随着经济的快速发展，对能源的需求也越来越大，一次性能源在未来将会消耗殆尽，基于此，国家大力发展清洁能源，如风能，太阳能，潮汐能等。太阳能作为一种广泛分布且可再生清洁的能源，符合清洁能源的特点，近年来，大量的光伏发电技术越来越成熟，已经得到广泛的应用。太阳能光伏电池作为一种清洁能源，随着相关技术的不断发展，光伏产业也在飞速发展。本文主要分析分布式光伏并网对电能质量的影响及对策。

关键词：分布式光伏发电；电能质量；影响

引言

作为世界工业强国，我国对能源的需求量较高，但化石能源短缺与环境污染等问题限制了科技的发展速度，太阳能作为一种易获得、环保的可再生能源已得到广泛关注。分布式光伏并网发电系统主要由光伏电池组、控制器及直流－交流换流器等部分构成，电池产生的电能通过直流－直流换流器升高电压，再经直流－交流换流器转化为工频交流电的形式，从而并入电网输送电能。光伏发电并网系统占地面积小且建设成本低，已成为目前最热门的可再生能源发电方式。随着光伏发电机组规模的扩大与发电量的增加，光伏发电对电力系统电能质量的影响也日渐增大，包括谐波和直流注入、电压闪变和孤岛效应等，这些问题会直接影响用户的用电可靠性。因此，本文对光伏发电中谐波注入、直流注入、电压闪变及孤岛效应等问题进行分析与探讨，从而提高光伏发电的电能质量，对电网运行的稳定性与效率具有较大的工程意义。

1、分布式光伏发展现状

分散电源作为一种自发的能源，可以作为中央电源的补充。分布式电源配电网组合可以在一定程度上解决电力事故后的供电问题，节约电力建设投资，提高配电网的灵活性，满足配电网对供电可靠性的要求。分散发电安装在最终用户手中，太阳能、风能、生物质等发电方法最为普遍。单台机器安装的功率小于6 MW，通常以10 kV以下电压水平连接到配电网。分散发电由于建筑成本低、清洁低碳、网络模式灵活，在电力系统中广泛应用。分散光伏发电一般是安装在住宅或商业建筑屋顶上的光伏发电项目。具有自发自我利用、灵活选址、过量上网等特点和优势。是中国发展强劲的未来发电模式之一。伴随着国家对相应分布式光伏能源政策的深入介绍，分散型光伏能源逐年迅速增长。到2019年底，中国分布式光伏发电装机总量达到6453万千瓦，占光伏发电总量的30%以上。

2、分布式光伏电源并网的危害类型

2.1谐波干扰

谐波形成时，会妨碍旋转机的运行，增加操作损耗，进而导致机器产生高频振动，从而形成高频噪声和谐波，影响供电稳定性。谐波电流能改善变压器绕组损耗，使其进入高温环境。谐波在一定程度上增加了变压器的运行噪声，谐波源产生的电流在变压器通过时会引起共振，从而损坏变压器。交流电网异常电压导致变换器控制角度不均匀。在积极反馈的作用下，系统电压异常的可能性增大，导致整流器运行不良，在严重情况下，换流设备受损。运行时谐波对继电保护和自动操作系统有一定的影响，导致此类设备出现误操作、操作分支等问题。

2.2三相电压均衡性不足

光伏电站运行过程中，当逆变器进行三相触发时，触发方向不足的现象发生，导致电网三相电压不均衡。考虑到光伏电站作为辅助运行系统负荷较低，实际产生的旋转电流电压不能考虑在内。负序稳定干扰供电系统和设备表现为:供电系统运行时缺少继电保护装置，导致负序发射组件运行不顺利的问题。发电机和工厂运行时出现异常振动，发动机设备变暖。

3、分布式光伏对配电网的影响

3.1谐波注入

谐波注入现象的产生原因主要有以下几种：①在光伏发电系统将直流变为交流的过程中，通常会产生不需要的高次谐波；②功率开关的频率变化与非线性负载也会产生少量谐波；③光照强度与温度在短时间内不稳定时，谐波的分布范围也会变大；④逆变器的并联结构会使谐波电流分量累加，最终导致并网电能质量低于规定标准。为改善光伏发电带来的波形畸变问题，可从以下几个方面来降低谐波含量：改善控制策略，减小开关频率产生的谐波；通过无源滤波或有源滤波方法滤除一些高次谐波；在并网系统中加装静止同步补偿器等设备降低谐波含量。

3.2电压闪变

光伏发电随机与不稳定的特点导致其发出的有功功率会引起电网电压的波动与闪变，光照强度、温度、湿度等外界因素的变化会导致光伏电池的最大功率点随机发生变化，其输出电能的频率与幅值也随之不断变化，引发电网用户负载侧的电压波动与闪变现象。目前减少电压波动与闪变的主要方法有：①改进换流器的控制方法，从而减小输出电压的波动；②当最大视在功率不变时，提高光伏并网系统的功率因数以充分输出有功功率，减少无功功率，将电压波动范围缩小到电网规定的标准范围内；③增大光伏并网系统的短路容量。

3.3孤岛效应

分布式光伏发电融入配电网后，在配电网故障时可以帮助当地供电。但是，如果配电网由于目前分布式光伏发电设备没有很好的检测方法而崩溃的话，配电网崩溃后光伏发电仍向配电网供电，届时会产生孤岛效应。分散光伏发电不断为当地电网供电，但当地未计划供电会危及电网维修人员的人身安全。此外，局部电源引起的隔离电网与主子网之间的异步重新关机导致运行过电压，危及设备和电网的安全运行。解决方案:探讨和开发电网孤岛的科学有效检测方法。冰岛探测技术可分为主动探测方法、被动探测方法和故障信号监测方法三类。采用并网逆变器的干扰性能实现了有源孤岛检测方法。当电源出现故障时，变频器输出的干扰功率会聚集起来，触发孤岛效应检测装置，以便准确检测孤岛的形成。当电网正常运行时，由于电网的平衡，并网逆变器无法检测特定频率和相位输出的故障性能。但主动孤岛检测方法将对电网的电能质量产生一定影响。被动孤岛检测方法通过检测电网断开时并网逆变器输出电压频率、相位或谐波的变化实现孤岛效应检测。但是，当分布式光伏输出功率与孤岛负荷功率平衡时，被动检测方法无法检测孤岛的形成。当前，主流孤岛检测方法将被动孤岛检测与主动孤岛检测相结合。故障监测方法主要是通过配电网故障时电网侧监测装置发送控制信号来实现的。分布式光伏发电设备接收控制信号时，停止运行，及时关闭与电网并行运行。

3.4低电压穿越模式

低电压跳闸模式模拟配电网电压波动，以调整配电网的电压，满足直流母线电压的各种要求。分布式光伏发电系统的性能将在0.1 ~ 0.5s范围内突然提高，在0.3s之前降至0.8 un。当分布式光伏系统电压小于0.98 un时，通过逆变器将无功功率输入电网，从而充分满足电压需求。当电压小于0.95 un时，它可以限制分布式光伏系统的作用性能。配电网电压降与作用功率降低程度成正比，变频器根据最大可用容量成为盲电压的主要支柱。当配电网的压力调节时，直流母线电压可以调节800 V，没有很大偏差，因为分布式光伏电源系统也包括在内，从而充分利用直流母线的电压稳定性。

结束语

随着越来越多的光伏发电站在国内投入运行，电网的电能质量也受到光伏并网系统的较大影响。因此，研究光伏发电对电网电能质量的影响具有重大意义。本文主要介绍了光伏发电引发的谐波注入、直流注入、电压波动及孤岛效应产生的原因与危害，并针对这些问题提出了改善电能质量的方法，可为今后针对光伏发电并网系统的研究提供一定的参考。

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