簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)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(wǎng)產(chǎn)生影響的主要因素。其中DC-AC逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的器件之一，光伏逆變器質(zhì)量的優(yōu)劣在一定程度上決定光伏發(fā)電的電能質(zhì)量能否達到并網(wǎng)要求。光伏發(fā)電并網(wǎng)運行時會產(chǎn)生諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應等問題，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，對電網(wǎng)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(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過并網(wǎng)型逆變器將直流電變換交流電實現(xiàn)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設備。并網(wǎng)逆變器內(nèi)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(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部整體動態(tài)性能的輸出，產(chǎn)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(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現(xiàn)象。此外，逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進而導致耦合諧振現(xiàn)象，造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴大，產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標問題。

針對光伏接入后的電能質(zhì)量問題，提出抑*諧波的有效方法：1)從諧波產(chǎn)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(shù)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(wǎng)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(nèi)變化頻繁，從而引起并網(wǎng)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(wǎng)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(shù)，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(wǎng)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(wǎng)電能質(zhì)量，同時也給電網(wǎng)中的其他設備帶來不利影響。IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000明確規(guī)定，并網(wǎng)發(fā)電裝置向電網(wǎng)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(chǎn)生的主要原因有：1)電力電子器件自身分散性及驅(qū)動電路不一致不對稱等；2)大功率控制器內(nèi)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(shù)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(wǎng)結(jié)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(wǎng)中斷供電，但各個并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)沒能及時檢測出電網(wǎng)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(xiàn)象。隨著并網(wǎng)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(wǎng)電能質(zhì)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(zhì)量，且孤島中的電壓和頻率不受電網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)生浪涌電流，有可能導致電網(wǎng)波形瞬間下跌。

3)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)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(wǎng)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(zhì)量。

4)當配電網(wǎng)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(xiàn)電壓不穩(wěn)定和閃變問題。

針對孤島效應產(chǎn)生的影響，主要有以下解決方法：

1）優(yōu)化并網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)。

安科瑞的解決方案

1電能質(zhì)量在線監(jiān)測

   APView500 電能質(zhì)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(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)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(zhì)量指標參數(shù)測量方法的標準化和指標參數(shù)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(zhì)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(wǎng)點有逆功率、頻率突變、 等異常數(shù)據(jù)時，即發(fā)生孤島現(xiàn)象時，裝置可配合斷路器快速切除并網(wǎng)點，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

3產(chǎn)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(zhì)量在線監(jiān)測。