光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題研究

余學(xué)成

摘要：作為發(fā)電行業(yè)的又一新興電能資源，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電的光伏產(chǎn)業(yè)備受世人矚目。作為全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，光伏發(fā)電所呈現(xiàn)出的巨大前景市場(chǎng)已然成為我國(guó)獨(dú)具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其結(jié)合了經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的雙選性能，是一個(gè)能實(shí)現(xiàn)多贏的經(jīng)濟(jì)型綠色產(chǎn)業(yè)。光伏發(fā)電作為太陽(yáng)能發(fā)電的一大主流，將有利地推動(dòng)我國(guó)發(fā)電事業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；光伏并網(wǎng)；電能質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-8937（2014）20-0095-01

光伏發(fā)電作為一個(gè)新興的發(fā)電市場(chǎng)，對(duì)于我國(guó)電能質(zhì)量治理領(lǐng)域來(lái)講有著極為重要的涵義，光伏發(fā)電是一種利用太陽(yáng)能電池串聯(lián)成太陽(yáng)電池組件再配以功率控制器等部件，形成光伏發(fā)電裝置將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種先進(jìn)技術(shù)，在目前發(fā)電能源缺乏的情況之下，光伏發(fā)電將代替風(fēng)力發(fā)電、潮汐發(fā)電、水能發(fā)電、煤炭發(fā)電及核能發(fā)電成為新興的可再生發(fā)電形式。

1光伏發(fā)電帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題

隨著近年來(lái)我國(guó)能源資源的不斷減少，即將面臨的資源枯竭問(wèn)題日益嚴(yán)重，因而各行業(yè)各部門(mén)都在積極尋找新的可再生資源來(lái)維持生產(chǎn)生活活動(dòng)，隨著全球?qū)μ?yáng)能的重視和不斷研發(fā)，光伏發(fā)電技術(shù)得以快速發(fā)展，人們開(kāi)始將光伏電源接入現(xiàn)有的電力系統(tǒng)之中，其通過(guò)大量的電力電子器件與傳統(tǒng)的發(fā)電網(wǎng)路進(jìn)行并聯(lián)，不僅是對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的一次重大沖擊，也是現(xiàn)有電網(wǎng)的一次重大突破，現(xiàn)有的電網(wǎng)將會(huì)迎來(lái)許多新的電能質(zhì)量問(wèn)題，光伏發(fā)電并網(wǎng)所帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題將成為一個(gè)極具研究?jī)r(jià)值的新論點(diǎn)。光伏發(fā)電并網(wǎng)將會(huì)產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題主要有電壓波動(dòng)、閃變、諧波等，并且影響有功和無(wú)功潮流、頻率控制等特性。要了解光伏發(fā)電并網(wǎng)所帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題，首先要明確影響太陽(yáng)能發(fā)電的幾個(gè)因素。

1.1影響太陽(yáng)能發(fā)電的因素

太陽(yáng)能雖然作為一種可再生且綠色環(huán)保的新型能源，但受到各方面因素的影響極不穩(wěn)定，影響太陽(yáng)能發(fā)電的因素很多，主要包括有周期性，即白天和黑夜的交替，太陽(yáng)能發(fā)電的時(shí)間只停留在白天；陰雨雪天與晴天的交替也會(huì)影響到太陽(yáng)能發(fā)電；光伏板上的灰塵，光伏板安裝的位置以及角度，對(duì)其也有一定的影響；整個(gè)環(huán)境的溫度亦是影響太陽(yáng)能發(fā)電的一個(gè)因素。如在多云的天氣中，太陽(yáng)能發(fā)電受氣溫的影響較大，在氣溫急劇回升的10點(diǎn)到15點(diǎn)間，發(fā)電輸出的功率會(huì)出現(xiàn)快速變化。

1.2逆變器控制方式的影響

要將光伏電源接入到現(xiàn)有的電網(wǎng)之中，并網(wǎng)所需的應(yīng)用器材便是逆變器，逆變器的使用能有效地對(duì)光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的質(zhì)量品質(zhì)進(jìn)行控制，目前并網(wǎng)中逆變器的功率因素為0.99，是最大利用逆變器的容量和最大發(fā)電量。當(dāng)然，逆變器的使用并不是十分完美的，在光伏電站裝機(jī)容量增加之后，光伏發(fā)電的功率就會(huì)受到影響，從而出現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象，高功率因數(shù)的運(yùn)行將對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定造成不可估量的威脅甚至破壞；另外，逆變器的安裝使用還需要額外的無(wú)功來(lái)維持電壓，這也是造成電能質(zhì)量問(wèn)題的又一因素。

逆變器的大規(guī)模安裝及運(yùn)行也會(huì)帶來(lái)多臺(tái)逆變器之間“孤島保護(hù)”問(wèn)題，PV容量相對(duì)于負(fù)載比例較小時(shí)，電壓、頻率會(huì)在電網(wǎng)消失之后快速減弱，從而使得孤島得以準(zhǔn)確地檢查；但是當(dāng)PV容量不斷增加之后，就容易出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載基本平衡的狀況，孤島檢測(cè)的時(shí)間會(huì)受此影響而不斷延長(zhǎng)，甚至可能出現(xiàn)孤島檢測(cè)失敗的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在PV由多種類(lèi)型的并網(wǎng)逆變器并入同一并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)尤為明顯，主要原因在于并入同一并網(wǎng)點(diǎn)各逆變器間的相互干擾過(guò)于強(qiáng)烈，就容易導(dǎo)致孤島檢測(cè)時(shí)間的延長(zhǎng)甚至失敗。

1.3大規(guī)模PV對(duì)配電網(wǎng)的影響

大規(guī)模PV的載入容易帶來(lái)對(duì)系統(tǒng)電壓形態(tài)、網(wǎng)損、電壓閃變、諧波、電路元件熱負(fù)荷、短路電流、頻率控制、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定等影響。PV的接入改變了電網(wǎng)潮流的方向，對(duì)于現(xiàn)有電網(wǎng)的規(guī)劃、調(diào)度運(yùn)行方式都產(chǎn)生了影響，并且在調(diào)度運(yùn)行時(shí)，PV單元由于不具備自動(dòng)調(diào)度的功能，因而不能夠參與電網(wǎng)頻率、電壓的調(diào)整，在對(duì)加大電網(wǎng)控制和調(diào)度運(yùn)行之上也產(chǎn)生了一定的難度。另外，隨著太陽(yáng)光照強(qiáng)度的變化，PV發(fā)電功率也會(huì)產(chǎn)生變化，也將對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷特性產(chǎn)生影響。

2可行的解決方案

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中電能質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生主要表現(xiàn)為穩(wěn)定發(fā)電問(wèn)題、無(wú)功問(wèn)題、諧波問(wèn)題和多類(lèi)型并網(wǎng)逆變器的孤島保護(hù)問(wèn)題。光伏發(fā)電的發(fā)電功率取決于太陽(yáng)的光照輻射量上，受氣候環(huán)境的影響極大，因而具有不穩(wěn)定和不確定性的特點(diǎn)；另外在逆變器功率因數(shù)超過(guò)0.99時(shí)，有功不變的情況下需要額外的無(wú)功進(jìn)行電網(wǎng)頻率和電壓調(diào)節(jié)；并且受逆變器開(kāi)關(guān)元件技術(shù)所限，并網(wǎng)之后的電流中將產(chǎn)生諧波電流并注入電網(wǎng)；多種類(lèi)型逆變器接入同一并網(wǎng)中所產(chǎn)生的孤島問(wèn)題也將成為亟待解決的電能質(zhì)量問(wèn)題。另外，考慮到我國(guó)現(xiàn)目前光伏發(fā)電并網(wǎng)所應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)（涉及對(duì)電壓、波形、頻率、想為、諧波等）與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之間的差距，國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的發(fā)展模式與國(guó)外的差異，都會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。

要做到有效解決光伏發(fā)電并網(wǎng)所帶來(lái)的電能質(zhì)量問(wèn)題，就要應(yīng)對(duì)不同的問(wèn)題作出相應(yīng)的對(duì)策。首先，對(duì)于大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)、中高壓電源的并入和分散開(kāi)發(fā)的就地接入，對(duì)不同電壓進(jìn)行電壓等級(jí)的評(píng)估以明確電壓的偏差，從而對(duì)其作出規(guī)定；其次，由于光伏發(fā)電在大規(guī)模設(shè)置上具有較強(qiáng)的頻率耐受力，以此決定了我國(guó)光伏發(fā)電站的發(fā)電頻率所允許的偏差較大；因此，為了適應(yīng)大規(guī)模、高容量的PV并入電網(wǎng)運(yùn)行之中，又要保證電網(wǎng)的穩(wěn)定與安全，就有必要對(duì)于光伏發(fā)電并網(wǎng)所要求的新技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，這也延伸出了新技術(shù)研發(fā)的相關(guān)內(nèi)容，即儲(chǔ)能技術(shù)、諧波抑制、新型并網(wǎng)逆變器等研究方向。

①儲(chǔ)能技術(shù)。儲(chǔ)能技術(shù)作為一種更加適用于高比例、大容量PV系統(tǒng)的未來(lái)電力系統(tǒng)中的重要新技術(shù)，其主要的儲(chǔ)能設(shè)備包括蓄電池、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝備以及壓縮空氣儲(chǔ)能等，不僅可以進(jìn)行能量的釋放和儲(chǔ)能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的調(diào)節(jié)，也可以平衡和控制電網(wǎng)功率的波動(dòng)，提高電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

②諧波抑制。諧波抑制主要是通過(guò)將電網(wǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化控制，將逆變器進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一及安置，從而實(shí)現(xiàn)電力的真正綠色化。針對(duì)現(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器，諧波抑制的控制方式有“群控技術(shù)（多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行）”和“綜合補(bǔ)償控制（在逆變器中使用交流濾波器APF）”兩種，這兩種控制方式都需要數(shù)據(jù)采集器來(lái)完成。

③無(wú)諧波輸入電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)高性能并網(wǎng)逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要考慮光伏發(fā)電接入的配電保護(hù)算法、光伏發(fā)電的無(wú)功控制以及配電無(wú)功調(diào)節(jié)裝置的協(xié)調(diào)。

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