光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波監(jiān)測與評估研究

李琳 董文靜 朱希龍 劉運好 李科翰

摘要：選取沈陽農(nóng)業(yè)大學40 kW光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波監(jiān)測作為研究對象，應(yīng)用福祿克435監(jiān)測儀器對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行為期一周的數(shù)據(jù)采集。根據(jù)分布式光伏電站接入電網(wǎng)時的電能質(zhì)量要求，對光伏發(fā)電諧波水平進行評估，對比諧波評估結(jié)果判斷是否符合國家標準。計算結(jié)果表明，該光伏系統(tǒng)接入點電壓諧波畸變率及電流值均未超限，符合電能質(zhì)量要求。

關(guān)鍵詞：諧波監(jiān)測；光伏發(fā)電系統(tǒng)；福祿克435；畸變率；電流值

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）05-0038-03

光伏發(fā)電系統(tǒng)將清潔的、豐富的、可再生的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，對緩解全球能源危機、保護生態(tài)環(huán)境等具有重要意義。光伏發(fā)電不僅節(jié)能減排、安全可靠，而且故障率低、壽命長，近年來得到蓬勃發(fā)展。典型的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池組件、并網(wǎng)逆變器、配電箱、計量裝置及上網(wǎng)配電系統(tǒng)組成，逆變器等非線性部件易產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，因此有必要對光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波等電能質(zhì)量進行監(jiān)測與評估，為光伏系統(tǒng)諧波控制與治理提供理論依據(jù)。以沈陽農(nóng)業(yè)大學40 kW光伏示范系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計光伏系統(tǒng)諧波監(jiān)測方案，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，依據(jù)國家電能質(zhì)量相關(guān)標準對發(fā)電系統(tǒng)諧波水平進行評估。

1 光伏系統(tǒng)諧波監(jiān)測方案

沈陽農(nóng)業(yè)大學光伏示范發(fā)電系統(tǒng)裝機峰值容量為40 kW，部分容量接入0.38 kV電網(wǎng)。采用的光伏組建類型是普通多晶組件和雙玻組件，安裝方式為屋頂固定式，其中20 kW通過三相并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)運行；10 kW通過雙向逆變器和800 Ah雙向膠體蓄電池儲能系統(tǒng)組成微網(wǎng)系統(tǒng)，組件發(fā)出的電能優(yōu)先存儲在蓄電池中，富余電量并入電網(wǎng)；10 kW雙玻組件接微型逆變系統(tǒng)。選取其中20 kW三相逆變器并網(wǎng)組件為監(jiān)測對象，監(jiān)測點選取并網(wǎng)前公共連接點PCC處，如圖1所示。諧波測試裝置需滿足《GB198862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》《光伏站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》（Q/GDW618-2011），并符合IEC61000-4-30 A級測試精度要求，選取福祿克F435電能質(zhì)量分析儀進行測試，儀器的采樣率為10.24 kHz，分析諧波次數(shù)50次。

監(jiān)測時間為2016年4月2—8日，為期一周，滿足測試一個完整周期要求。測試采用連續(xù)測試方式。

2 電網(wǎng)諧波評估依據(jù)與指標計算

光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點的諧波電壓應(yīng)滿足GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，畸變率計算公式為：

畸變率計算結(jié)果見表1。

光伏電站接入電網(wǎng)后，在標稱電壓為0.38 kV、基準短路容量為10 MVA條件下，公共連接點處的總諧波電流分量（方均根）應(yīng)滿足GB/T 14549-93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定，不超過表2中規(guī)定的允許值。其中，光伏電站向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值，按此光伏電站安裝容量與其公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配。

沈陽農(nóng)業(yè)大學公共連接點的最小短路容量為2.694 MVA，不同于正?；鶞识搪啡萘?0 MVA，各次諧波的電流允許值按式（2）確定：

式中：Sk為公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk為基準短路容量，MVA；Ihp為表2中第h次諧波電流允許值，A；Ib為短路容量為2.694 MVA時的第h次諧波電流允許值。

3 測試數(shù)據(jù)分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后諧波是否合格，由接入點的短路容量、光伏系統(tǒng)裝機容量及逆變器注入諧波電流大小決定，依據(jù)測試儀器Fluke435采集數(shù)據(jù)導入Matlab平臺進行分析，對照上面計算的諧波電壓、電流允許限值對諧波水平進行評估。

監(jiān)測的非零三相電壓諧波畸變率和電流諧波數(shù)據(jù)如表3和圖2所示。

以AB相為例分析諧波特性，電壓總諧波畸變率為0.99%；電壓奇次諧波含量高于偶次諧波含量，其中3次、5次、7次、11次、19次、25次諧波含量比較高，畸變率分別0.17%，0.44%，0.62%，0.26%，0.22%，0.26%；對比總畸變率5%、奇次諧波電壓畸變率限值4%，電壓諧波均未超限。

以A相電流為例，電流值范圍為0.02～0.94 A，而注入公共點的電流允許值最小值為24次諧波1.75 A，電流值未超限，符合國家標準轉(zhuǎn)換后的電流允許值。監(jiān)測時間范圍內(nèi)光伏系統(tǒng)諧波電能質(zhì)量正常。

4 結(jié)論

光伏發(fā)電系統(tǒng)對電能質(zhì)量的影響之一體現(xiàn)在諧波方面。光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接方式、安裝方位決定諧波的影響程度。根據(jù)光伏電站并網(wǎng)對諧波的相關(guān)要求，結(jié)合沈陽農(nóng)業(yè)大學光伏示范點，對信電學院40 kW并網(wǎng)光伏電站進行諧波評估計算，分析諧波對電壓、電流產(chǎn)生的影響，通過實測數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)對比，得出光伏系統(tǒng)在任意輻照度下基波及諧波輸出特性。電壓奇次諧波畸變率大于偶次諧波畸變率，電壓畸變率最高為5，7次諧波；最高電流值總是小于1 A，偶次諧波的電流值略大于奇次諧波電流值，電流值最大的是6，8次諧波。雖然諧波對光伏系統(tǒng)的影響不能夠完全消除，但根據(jù)所提供的理論依據(jù)可以在一定程度上減少諧波對光伏系統(tǒng)的影響。

參考文獻

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Abstract： 40kW harmonic detection of PPGS system in Shenyang Agricultural University was selected as research object， and using Fluke 435 monitoring instrument the data was collected based on one-week monitoring. According to power quality requirements of the distributed photovoltaic power station connected to the power grid， the harmonic level of photovoltaic power generation was evaluated. Then according to harmonic evaluation results determined whether it was accord with the national standard. The calculation results showed that， the photovoltaic system access point voltage harmonic distortion rate and current values were not overrun， in line with the electric quality requirements.

Key words： harmonic detection； PPGS； Fluke 435； distortion factor； current value