分布式光伏發(fā)電質(zhì)量分析

王鏡植，劉 姿

（鄭州大學(xué) 物理工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 分布式光伏發(fā)電技術(shù)

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是指在用電場地附近安裝的容量較小的自發(fā)電、自用電、余電并網(wǎng)的系統(tǒng)，其滿足就近發(fā)電、就近使用、就近轉(zhuǎn)換、就近并網(wǎng)的原則，具有輸出功率小、位置選取靈活、自行控制、安全性高、余電并網(wǎng)可獲收益和緩解局部地區(qū)用電緊張等幾個(gè)特點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備組成包括光伏電池組件、蓄電池、充/放電控制器、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、供電系統(tǒng)監(jiān)測裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其工作模式是光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，直接供給本地直流負(fù)載或經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換供給本地交流負(fù)載，亦或?qū)㈦娔軈R集于蓄電池，或控制余電匯入電網(wǎng)。

2 電能質(zhì)量指標(biāo)

為了保證電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量符合要求，國家制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量指標(biāo)主要依據(jù)國家電網(wǎng)公司的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。其中，供電電壓偏差應(yīng)滿足GB/T 12325—2008的規(guī)定，電力系統(tǒng)頻率偏差應(yīng)滿足GB/T 15945—2008的規(guī)定，三相電壓不平衡應(yīng)滿足GB/T 15543—2008的規(guī)定，電壓波動(dòng)和閃變應(yīng)滿足GB/T 12323—2008的規(guī)定，暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓應(yīng)滿足GB/T 18481—2001的規(guī)定。

3 分布式光伏并網(wǎng)的影響

分布式光伏并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量的影響主要有諧波污染、電壓偏差、直流偏置等問題。另外，除了影響電能質(zhì)量外，還有可能產(chǎn)生孤島效應(yīng)，帶來一系列危害。

3.1 諧波污染

在光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變的過程中，光伏逆變器在運(yùn)行中同一橋臂的上、下兩個(gè)功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷要錯(cuò)開一定的時(shí)間，即死區(qū)時(shí)間，這種非線性的工作模式導(dǎo)致在并網(wǎng)時(shí)引入了諧波。

諧波的危害：①輸電線路的電阻會(huì)受到電流頻率的影響，且與頻率成正比。輸電線路中由于大量諧波的存在加之集膚效應(yīng)的擴(kuò)張與放大，使電路耗損增加，這是電力輸送過程中電能損耗較為嚴(yán)重的因素。②電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置高度靈敏，其正常工作時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)量的確定是以電網(wǎng)基波的量設(shè)定的，諧波的各項(xiàng)指標(biāo)不同于基波，因此繼電保護(hù)裝置對(duì)諧波十分敏感，諧波的存在會(huì)導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)，影響電力系統(tǒng)的正常供電。③諧波會(huì)導(dǎo)致變壓器線圈異常發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器燒毀，造成局部區(qū)域停電。④我國普通居民家用的電能計(jì)量儀表（電表）均是以工頻50 Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦波的參數(shù)設(shè)計(jì)的，而與工頻不一致的電力諧波導(dǎo)致電表的工作處于非正常狀態(tài)，對(duì)居民用電計(jì)量產(chǎn)生較大誤差，可能導(dǎo)致普通居民經(jīng)濟(jì)受損。

諧波的治理：目前，最常用的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)諧波的治理方法有安裝有源濾波器和無源濾波器兩種。無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本極低，是許多大型諧波產(chǎn)生戶的首選，但是濾波效果不好；有源濾波器的濾波效果很好，但是工藝復(fù)雜，制作成本高。

3.2 電壓偏差

分布式光伏的存在改變了電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，影響電壓潮流的方向，導(dǎo)致光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高，偏離了電壓的正常值。電壓偏差危害：①電壓偏差對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)有嚴(yán)重的影響。當(dāng)電壓偏大時(shí)，電動(dòng)機(jī)因電壓偏大而鐵損增大，溫度升高；當(dāng)電壓偏小時(shí)，電動(dòng)機(jī)銅損增大，溫度升高。當(dāng)電壓偏差較大時(shí)，電動(dòng)機(jī)便無法工作在其額定電壓下，導(dǎo)致電機(jī)異常發(fā)熱，縮短電動(dòng)機(jī)的使用壽命。②照明設(shè)備的發(fā)光效率受電壓的影響，電壓降低會(huì)引起照明設(shè)備的效率降低，當(dāng)電壓過低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氣體放電光源的照明器不能正常點(diǎn)燃，影響照明設(shè)備的正常工作。③電壓偏差還會(huì)影響精密儀器的精確控制。

電壓偏差的應(yīng)對(duì)：配電變壓器分散設(shè)置到用戶中心，選擇適合的導(dǎo)線，設(shè)置無功補(bǔ)償裝置等。

3.3 直流偏置

在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，造成逆變器輸出電壓中存在直流電流的原因是運(yùn)算放大器零點(diǎn)漂移及驅(qū)動(dòng)電路不一致等。

直流偏置的危害：并網(wǎng)時(shí)直流分量匯入電網(wǎng)，影響變壓器的安全運(yùn)行，還有可能引起危害很大的偶次諧波電流，造成電流不對(duì)稱，損壞負(fù)載。

3.4 孤島效應(yīng)

對(duì)于包含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)，當(dāng)其主網(wǎng)故障或者其他原因停電時(shí)未能及時(shí)檢測出主網(wǎng)狀態(tài)的變化而將自身與主網(wǎng)分離，形成了一個(gè)主電網(wǎng)無法控制的由分布式發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)供電的孤立的電網(wǎng)，稱為“孤島”。

孤島效應(yīng)的危害：①如果分布式電源的容量與負(fù)載容量不匹配，則孤島內(nèi)電壓、頻率會(huì)發(fā)生變化，降低電能質(zhì)量，可能損壞用戶的電力設(shè)備；②非計(jì)劃孤島由于孤島范圍的不可知性，無法確定故障線路是否帶電，這會(huì)給電力維修人員的生命安全帶來極大威脅；③孤島形成后，分布式電源會(huì)繼續(xù)向跳閘線路的另一端供電，導(dǎo)致重合閘失??；④孤島電壓相量對(duì)與主網(wǎng)產(chǎn)生漂移，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)，可能會(huì)干擾重合閘。

孤島效應(yīng)的應(yīng)對(duì)：應(yīng)對(duì)方法主要有被動(dòng)式孤島檢測法和主動(dòng)式孤島檢測法。被動(dòng)式檢測法通過檢測電壓、頻率、相位或諧波的變化進(jìn)行孤島檢測；主動(dòng)式檢測法是通過在光伏逆變器控制的信號(hào)中加入一個(gè)很小的干擾信號(hào)，使之對(duì)逆變器輸出的電壓、頻率或者功率產(chǎn)生微小的擾動(dòng)，在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于受到主電網(wǎng)的制約，干擾信號(hào)的作用非常小，當(dāng)孤島產(chǎn)生時(shí)，干擾信號(hào)的作用就比較明顯了，通過檢測公共耦合點(diǎn)的響應(yīng)來判斷是否產(chǎn)生孤島。

4 結(jié)束語

隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，環(huán)境問題會(huì)越來越嚴(yán)重，充分利用太陽能必將成為世界各國的首選。目前，雖然分布式發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)還存在一定的問題，但是科學(xué)的不斷發(fā)展一定會(huì)解決這些問題，使分布式光伏發(fā)電技術(shù)改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，造福全人類。

［1］鄧本浩.關(guān)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析［J］.通訊世界，2015（6）：194-195.

［2］酆元.分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量分析［J］.農(nóng)村電氣化，2012（6）：52-53.

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