并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

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隨著全球能源危機(jī)的加劇和環(huán)保意識的提高，光伏發(fā)電作為一種清潔、無污染的可再生能源，逐漸成為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要方向。然而，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因其隨機(jī)性、波動性和間歇性的特點(diǎn)，對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了顯著影響。本文旨在分析并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并探討相應(yīng)的治理措施。

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備。逆變器內(nèi)部電力電子元件的大量應(yīng)用雖然提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負(fù)載，導(dǎo)致波形失真，給系統(tǒng)帶來大量諧波。特別是在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動范圍會隨之變大。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，形成輸出電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象，甚至引發(fā)并聯(lián)諧振，導(dǎo)致特定次并網(wǎng)諧波電流擴(kuò)大。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率受日照、天氣、季節(jié)、溫度等自然因素影響，具有顯著的不穩(wěn)定性。這種不穩(wěn)定性導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)接入點(diǎn)電壓波動和閃變，影響電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。特別是當(dāng)輸出功率變化較大時(shí)，負(fù)載功率在一定范圍內(nèi)頻繁變化，進(jìn)一步加劇了電壓波動和閃變問題。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，直流注入是影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的另一關(guān)鍵問題。直流注入不僅影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，還可能對電網(wǎng)中的其他設(shè)備造成不利影響。根據(jù)IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000標(biāo)準(zhǔn)，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%。直流注入的主要原因包括電力電子器件自身分散性、驅(qū)動電路不一致、大功率控制器內(nèi)部測量器件的零點(diǎn)漂移和非線性等。

孤島效應(yīng)是指由于電網(wǎng)中斷供電，但并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測出停電狀態(tài)，從而繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)象。孤島效應(yīng)對配電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不利影響，包括電壓和頻率波動、系統(tǒng)電氣設(shè)備損壞、重合閘故障、電網(wǎng)維修人員安全隱患等。此外，孤島效應(yīng)還可能導(dǎo)致配電網(wǎng)三相負(fù)荷不對稱，降低用戶用電質(zhì)量。

針對諧波問題，可以采取以下措施：

1. 源頭治理：對諧波源進(jìn)行改造，減少諧波注入。

2. 加裝濾波器：裝置有源或無源濾波器，以吸收特定次數(shù)的諧波電流。

3. 諧波補(bǔ)償裝置：裝設(shè)附加的諧波補(bǔ)償裝置，對諧波進(jìn)行補(bǔ)償。

2. 電壓波動和閃變治理

針對電壓波動和閃變問題，可以采取以下措施：

1. 優(yōu)化逆變器控制策略：提高電壓的穩(wěn)定性。

2. 加大變電站母線短路容量：增強(qiáng)電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)能力。

3. 提高功率因數(shù)：在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數(shù)，增加有功功率總量，降低無功功率變化量。

3. 直流注入治理

針對直流注入問題，可以采取以下措施：

1. 檢測補(bǔ)償法：實(shí)時(shí)監(jiān)測并補(bǔ)償直流注入。

2. 優(yōu)化設(shè)計(jì)逆變器并網(wǎng)結(jié)構(gòu)：減少直流注入的可能性。

3. 電容隔直：使用電容器隔離直流分量。

4. 虛擬電容法：通過軟件算法模擬電容效果，減少直流注入。

5. 裝置隔離變壓器：使用隔離變壓器隔離直流分量。

4. 孤島效應(yīng)治理

針對孤島效應(yīng)問題，可以采取以下措施：

1. 優(yōu)化孤島檢測方法：提高孤島檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。

2. 配置反孤島保護(hù)功能：在異常情況下快速切斷并網(wǎng)連接，防止孤島效應(yīng)的發(fā)生。

3. 加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度：結(jié)合新能源發(fā)電電功率預(yù)測進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度，減輕孤島效應(yīng)對電網(wǎng)的影響。

5.安科瑞的解決方案

5.1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(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測量方法進(jìn)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(biāo)參數(shù)測量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件標(biāo)記功能等各個(gè)方面均達(dá)到了 IEC61000-4-30 A 級標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足 110kV 及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。

5.2防孤島保護(hù)裝置

防孤島保護(hù)裝置檢測到并網(wǎng)點(diǎn)有逆功率、頻率突變、 等異常數(shù)據(jù)時(shí)，即發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，裝置可配合斷路器快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是多方面的，包括諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應(yīng)等問題。為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要采取一系列有效的治理措施。通過源頭治理、加裝濾波器、優(yōu)化控制策略、加強(qiáng)監(jiān)測與預(yù)測等手段，可以顯著降低并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，推動新能源產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。