簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

并網光伏發(fā)電對電網電能質量的影響

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性、波動性、間歇性的變化是光伏發(fā)電對電網產生影響的主要因素。其中DC-AC逆變器是并網光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的器件之一，光伏逆變器質量的優(yōu)劣在一定程度上決定光伏發(fā)電的電能質量能否達到并網要求。光伏發(fā)電并網運行時會產生諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應等問題，使電網電能質量下降，對電網造成不利影響，嚴重時會于擾供用電系統(tǒng)及光伏發(fā)電設備自身的安全穩(wěn)定運行。

1諧波影響

光伏發(fā)電是通過光伏組件將太陽能轉化為直流電，再經過并網型逆變器將直流電變換交流電實現并網。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產生諧波的主要設備。并網逆變器內部電力電子元件的大量應用，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載，造成波形失真，給系統(tǒng)帶來大量諧波。逆變器開關切換速度的延遲，也會影響電網系統(tǒng)內部整體動態(tài)性能的輸出，產生小范圍的諧波。如果在天氣(輻照度、溫度)變化較大的情況下，諧波的波動范圍也會隨之變大。盡管單臺并網逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波會產生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現象。此外，逆變器并聯容易產生并聯諧振，進而導致耦合諧振現象，造成特定次并網諧波電流擴大，產生并網電流諧波含量超標問題。

針對光伏接入后的電能質量問題，提出抑*諧波的有效方法：1)從諧波產生的源頭入手，對諧波源進行改造，減少諧波注入。2)裝置有源或無源濾波器，以吸收某些特定次數的諧波電流。3)裝設附加的諧波補償裝置。

2電壓波動和閃變

在傳統(tǒng)配電網中，有功功率、無功功率隨時間變化才會引起系統(tǒng)電壓波動。而對于光伏發(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電壓波動和閃變的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件光伏電池板的大功率點與輻照強度、天氣、季節(jié)、溫度等因素密切相關，這些自然因素的隨機變化引起輸出功率變化較大，致使負載功率在一定范圍內變化頻繁，從而引起并網用戶負載端電壓波動和閃變。

目前針對光伏電壓波動和閃變問題的解決方法主要有：1)優(yōu)化光伏并網逆變器控制策略，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，以增加有功功率總量，從而降低無功功率變化量，滿足電壓波動的限值要求。

3直流注入問題

并網光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一亟待解決的關鍵問題：直流注入。直流注入影響了電網電能質量，同時也給電網中的其他設備帶來不利影響。IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000明確規(guī)定，并網發(fā)電裝置向電網注入的直流電流分量不能超過裝置額定電流的0.5%。直流注入產生的主要原因有：1)電力電子器件自身分散性及驅動電路不一致不對稱等；2)大功率控制器內部測量器件存在的零點漂移和非線性；3)各開關器件線路阻抗的不對稱，寄生參數和寄生電磁場的影響等。

目前抑*直流注入的主要方法包括：1)檢測補償法；2)優(yōu)化設計逆變器并網結構；3)電容隔直；4)虛擬電容法；5)裝置隔離變壓器等。

4孤島效應的影響

孤島效應是指由于人為因素或自然因素造成電網中斷供電，但各個并網光伏發(fā)電系統(tǒng)沒能及時檢測出電網停電狀態(tài)，從而光伏發(fā)電系統(tǒng)與其相連的負載仍獨立運行的現象。隨著并網光伏發(fā)電接入滲*率的不斷擴大，孤島效應發(fā)生的幾率也逐漸增加。孤島效應的形成對整個配電網電能質量造成不利影響，主要包括：1)在孤島效應發(fā)生位置，其電壓和頻率波動性較大，降低了電能質量，且孤島中的電壓和頻率不受電網控制，可能會造成系統(tǒng)電氣設備損壞和重合閘故障等，同時可能會對電網維修人員造成個人安全隱患。

2)在供電恢復過程中，由于電壓相位之間不同步將會產生浪涌電流，有可能導致電網波形瞬間下跌。

3)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現孤島效應之后，如果原供電模式為單相供電模式，有可能使配電網發(fā)生三相負荷不對稱的問題，進而降低其余用戶的用電整體質量。

4)當配電網切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發(fā)電系統(tǒng)供應電能，若該供電系統(tǒng)容量太小或未安裝儲能裝置，均有可能造成用戶負荷出現電壓不穩(wěn)定和閃變問題。

針對孤島效應產生的影響，主要有以下解決方法：

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

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

安科瑞的解決方案

1電能質量在線監(jiān)測

   APView500 電能質量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規(guī)定的各電能質量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時鐘同步、事件標記功能等各個方面均達到了 IEC61000-4-30 A 級標準，能夠滿足 110kV 及以下供電系統(tǒng)電能質量監(jiān)測的要求。

2防孤島保護裝置

   防孤島保護裝置檢測到并網點有逆功率、頻率突變、 等異常數據時，即發(fā)生孤島現象時，裝置可配合斷路器快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

3產品介紹

作者介紹

簡婷，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電能質量在線監(jiān)測。