淺談分布式光伏用戶側(cè)并網(wǎng)處電能質(zhì)量管理

摘 要：分布式光伏的接入給電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)劃、電能質(zhì)量、繼電保護(hù)等方面帶來諸多問題。文章主要從電能質(zhì)量的角度，分析了分布式光伏發(fā)電的用戶側(cè)并網(wǎng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題及目前常用的改善和管理方法。探討在智能電網(wǎng)構(gòu)架下，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量的研究方向。

關(guān)鍵詞：分布式；光伏；并網(wǎng)；電能質(zhì)量

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)電力的需求也日益增大，而傳統(tǒng)能源短缺和對(duì)環(huán)境保護(hù)的迫切要求使電力系統(tǒng)在擴(kuò)大完善原有的大電網(wǎng)集中供電的同時(shí)，更應(yīng)該不斷開發(fā)利用新能源，加強(qiáng)可再生能源的利用，形成大電網(wǎng)與分布式電網(wǎng)相結(jié)合的新型供電模式。這種模式符合可持續(xù)發(fā)展道路。相對(duì)于傳統(tǒng)石化能源，新能源普遍具有污染少、儲(chǔ)量大的特點(diǎn)，對(duì)于解決當(dāng)今世界嚴(yán)重的環(huán)境污染和資源枯竭難題具有重要意義。而對(duì)石油、煤礦等傳統(tǒng)能源將加速減少的趨勢(shì)，核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源將成為重要能源。目前，就分布式光伏發(fā)電技術(shù)運(yùn)用并成功并網(wǎng)運(yùn)行的項(xiàng)目越來越多。然而，盡管分布式光伏發(fā)電技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但接入大電網(wǎng)運(yùn)行后給電能質(zhì)量和電能調(diào)度運(yùn)行帶來了諸多影響。

1 分布式光伏電源對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

目前分布式光伏發(fā)電運(yùn)行方式較多的是與公用電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，中小型光伏電站多數(shù)利用建筑屋頂來建設(shè)，就近接入安裝地原有配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行，這樣就相當(dāng)于在原有配電網(wǎng)另一端接了一個(gè)小電源，形成市電與光伏電源并列為負(fù)荷供電的供電形式。分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題主要包括諧波、電壓波動(dòng)、閃變等，影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。

由于光伏發(fā)電受天氣、環(huán)境溫度、安裝位置、傾角和朝向等因素影響，輸出功率會(huì)有所變化，變化率最大時(shí)甚至超過額定裝機(jī)的10%，因此產(chǎn)生了發(fā)電量的不穩(wěn)定問題，會(huì)影響對(duì)饋入電網(wǎng)的諧波。光伏并網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備逆變器的質(zhì)量與光伏發(fā)電饋入電網(wǎng)的電能質(zhì)量也密切相關(guān)。目前，為最大利用逆變器容量和使其得到最大發(fā)電量，廠家會(huì)將并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)設(shè)定在一個(gè)較高的數(shù)值，如0.99。經(jīng)驗(yàn)表明，逆變器長(zhǎng)時(shí)間高功率因數(shù)運(yùn)行會(huì)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定造成威脅；在當(dāng)逆變器輸出輕載時(shí)，諧波會(huì)明顯變大，在10%額定輸出以下時(shí)，輸出電流的總諧波畸變率甚至?xí)_(dá)到20%或更高。

分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電壓波動(dòng)的影響要看具體情況，當(dāng)分布式光伏與負(fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)行（負(fù)荷與光伏發(fā)電量保持同步變化）時(shí)分布式光伏將對(duì)電壓波動(dòng)超抑制作用，當(dāng)分布式光伏系統(tǒng)與負(fù)荷不協(xié)調(diào)運(yùn)行時(shí)會(huì)使并網(wǎng)點(diǎn)系統(tǒng)的電壓波動(dòng)更加嚴(yán)重。如果并網(wǎng)點(diǎn)位置、容量和控制不合理，則會(huì)使配電網(wǎng)電壓的調(diào)整難度增大并使其發(fā)生波動(dòng)。現(xiàn)實(shí)運(yùn)行項(xiàng)目中，負(fù)荷用電與光伏發(fā)電同步變化的情況較少，反之不協(xié)調(diào)運(yùn)行情況較為多。

電壓閃變和電壓波動(dòng)是同時(shí)存在的。閃變是指由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，所引起的燈光閃爍對(duì)人眼視覺產(chǎn)生刺激的響應(yīng)。它是電壓波動(dòng)引起的人眼的主觀反應(yīng)，是有害的。因分布式光伏系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，接入電網(wǎng)后會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生電壓閃變。

雖然分布式光伏并網(wǎng)的引入給電力系統(tǒng)帶來諸多不確定性，使電能質(zhì)量的一些方面進(jìn)一步惡化，但是分布式光伏系統(tǒng)也有著改善電能質(zhì)量的潛力。首先，分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)能夠及時(shí)快速地提供電能從而提高接入點(diǎn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，用戶內(nèi)部配網(wǎng)系統(tǒng)減少電壓暫降持續(xù)時(shí)間能力明顯不如逆變器形式分布式光伏電源系統(tǒng)，而逆變器形式公布式光伏電源系統(tǒng)的不同控制策略對(duì)電壓暫降抵制效果影響較大。

2 分布式光伏用戶側(cè)并網(wǎng)處電能質(zhì)量管理

為適應(yīng)大規(guī)模、高容量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，有必要研究光伏并網(wǎng)發(fā)電的新技術(shù)，包括儲(chǔ)能技術(shù)、諧波抑制、新型并網(wǎng)逆變器等。就目前并網(wǎng)方式較多的用戶側(cè)內(nèi)部配電網(wǎng)接入的分布式光伏電站而言，因其電量為就近生產(chǎn)就地消納，靠近負(fù)荷側(cè)，這樣并網(wǎng)電能質(zhì)量直接影響著用電負(fù)荷，所以對(duì)用戶側(cè)內(nèi)部配電網(wǎng)接入的分布式光伏電源的并網(wǎng)電能質(zhì)量管理是非常有必要的。針對(duì)上述關(guān)于分布式光伏電源用戶側(cè)并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量影響的問題，可以有以下幾種解決之道。

通過對(duì)逆變器的調(diào)整能達(dá)到諧波抑制的目的，主要方案包括將多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行的“群控技術(shù)”和在逆變器中使用交流濾波器的“綜合補(bǔ)償控制”。由于群控時(shí)對(duì)各逆變器的直流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)，提高了直流側(cè)的容量，通過協(xié)調(diào)控制可以使只有有限臺(tái)逆變器工作，可使最小數(shù)量逆變器工作在較高效率區(qū)，從而提高逆變器發(fā)電功率、降低諧波含量。而綜合補(bǔ)償控制是在實(shí)現(xiàn)有功/無功功率控制的同時(shí)，抵消產(chǎn)生的諧波分量。

實(shí)現(xiàn)分布式光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量治理的另一條路徑是直接改變逆變器本身，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，最大限度抑制輸出電流諧波，可采用選擇先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如L-C或L-C-L）、電感和電容參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、控制算法和PWM驅(qū)動(dòng)方式的改進(jìn)、提高內(nèi)部采樣精度、精準(zhǔn)化設(shè)備運(yùn)算精度等技術(shù)手段。所以，在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)備選型時(shí)應(yīng)該考慮技術(shù)過硬的產(chǎn)品廠商。

對(duì)于配電網(wǎng)的電壓調(diào)整，最重要是合理設(shè)置光伏并網(wǎng)的運(yùn)行方式。在陽(yáng)光充足時(shí)，光伏電源出力比較大，若線路輕載，光伏電源將明顯抬高并網(wǎng)點(diǎn)的系統(tǒng)電壓。如果并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置在饋電線路的末端，則末端電壓會(huì)越過上限，此時(shí)必須合理設(shè)置運(yùn)行方式，如規(guī)定光伏系統(tǒng)必須參與調(diào)壓，吸收多余的無功。在夜間重負(fù)荷時(shí)，光伏通常無有功出力，但仍可提供無功出力，改善線路的電能質(zhì)量。

3 智能電網(wǎng)為分布式光伏并網(wǎng)提供保障

智能電網(wǎng)是電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然選擇。智能電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)之一，就是提高用電側(cè)的智能化，通過為各種分布式電源提供靈活接入的動(dòng)態(tài)平臺(tái)，為能效和用戶需求側(cè)管理提供智能化管理控制平臺(tái)等方法，解決分布式電源供電安全和可持續(xù)發(fā)展問題。我國(guó)的智能電網(wǎng)，可以及時(shí)便捷地采集與響應(yīng)電源側(cè)和用戶側(cè)的多元化需求，促進(jìn)分布式電源的良好發(fā)展。我國(guó)智能電網(wǎng)具備自愈技術(shù)，可快速定位故障并采取相應(yīng)保護(hù)措施，快速恢復(fù)停電區(qū)域的供電，能夠滿足分布式發(fā)電接入對(duì)故障定位、隔離和恢復(fù)供電提出的挑戰(zhàn)。在分布式光伏電源的接入上，智能電網(wǎng)發(fā)揮著重要的作用，它能夠更加靈活地調(diào)配新能源入網(wǎng)，在保證電網(wǎng)安全的前提下，最大規(guī)模地利用新能源。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于分布式光伏并網(wǎng)的電能質(zhì)量，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)并網(wǎng)前的電能質(zhì)量評(píng)估和并網(wǎng)調(diào)試的檢測(cè)及驗(yàn)收，加快并網(wǎng)技術(shù)研究，制定更完善的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。對(duì)于并網(wǎng)引起電能質(zhì)量污染的項(xiàng)目，提出配套建設(shè)相應(yīng)治理裝置，并在并網(wǎng)后開展電能質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)并網(wǎng)處電能質(zhì)量管理。

分布式光伏發(fā)電作為新型環(huán)保能源，在其蓬勃發(fā)展的情況下，越來越多的光伏接入電網(wǎng)運(yùn)行，也會(huì)對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題產(chǎn)生影響，需要得到廣泛關(guān)注和重視。另外，研究分布式光伏接入電網(wǎng)的運(yùn)行特性、電能質(zhì)量影響及有效的改善措施，是促進(jìn)并網(wǎng)光伏電站進(jìn)一步發(fā)展和推廣，發(fā)揮并網(wǎng)光伏電站功能和優(yōu)勢(shì)的前提與基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：鄧金勇（1986-），男，浙江杭州人，學(xué)歷：本科，研究方向：光伏發(fā)電。