并網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

摘要：全球化石能源日益消耗，能源供給狀況日趨緊張，世界各國(guó)不得不加緊尋找替代能源和大力開(kāi)發(fā)節(jié)能技術(shù)。而儲(chǔ)量豐富、清潔的太陽(yáng)能，無(wú)疑是化石能源理想的可持續(xù)替代能源;光伏發(fā)電作為太陽(yáng)能的主要利用途徑，能夠有效緩解化石能源供給緊張的現(xiàn)狀。光伏發(fā)電系統(tǒng)并入常規(guī)電網(wǎng)，與之共同承擔(dān)發(fā)供電任務(wù)，即形成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。相對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電，擁有諸多優(yōu)點(diǎn)的并網(wǎng)光伏發(fā)電，受到了各國(guó)極力地推崇和大力地發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;并網(wǎng);電能質(zhì)量

一、并網(wǎng)光伏發(fā)電的結(jié)構(gòu)和分類

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)S爵由太陽(yáng)電池板（組件）、最大功率跟蹤（MPFT）控制器、DC-AC逆變器幾部分組成，采用絕緣柵雙極晶體管（IG-BT）作為光伏逆變器的開(kāi)關(guān)元件。太陽(yáng)能電池輸出的直流電經(jīng)過(guò)DC-DC變換器將電壓辱級(jí)升高再通過(guò)DC-AC逆變器將重流電變換為與電網(wǎng)電壓幅値、頻率、相像相同的交流電，以實(shí)現(xiàn)并入電網(wǎng)或給交流負(fù)載供電，光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

依照并網(wǎng)運(yùn)行方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為有逆流并網(wǎng)、無(wú)逆流并網(wǎng)和切換型并網(wǎng)三種形式a并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，不需要儲(chǔ)能電池，節(jié)約了占地面積，太大降低了配置成本，負(fù)荷功率、缺額由電網(wǎng)補(bǔ)充P因此，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽(yáng)能發(fā)電主要發(fā)展方向，也是現(xiàn)階段最具潛力的新能源發(fā)電方式。

二、最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)對(duì)電能質(zhì)量的影響（MPPT）

光伏陣列的輸出具有高度非線性特征，并且受到光照強(qiáng)度、溫度以及負(fù)載狀況的影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，只有唯一的電壓值對(duì)應(yīng)著光伏陣列的最大輸出功率。因此，不斷地根據(jù)光照強(qiáng)度、溫度等外部環(huán)境因素的變化來(lái)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，使之始終處于最大功率點(diǎn)的技術(shù)稱為最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，就是把太陽(yáng)能光伏陣列輸出功率穩(wěn)定在其可輸出的最大值Pm處。

兩級(jí)式并網(wǎng)光伏發(fā)電的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第一級(jí)即變換器和最大功率跟蹤算法一起接入到光伏發(fā)電控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)整個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤。DC-DC變換器通過(guò)控制電力電子功率開(kāi)關(guān)器件的通斷，改變功率開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓平均值的方式改變直流電的幅值。應(yīng)用在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電壓-電壓型DC-DC變換電路主要有：降壓式（Buck）、升壓式（Boost）、升降壓式（Buck-Boost）、庫(kù)克式（Cuk）。無(wú)論采用哪種方式都要通過(guò)采用改變功率開(kāi)關(guān)管的占空比的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏陣列最大功率點(diǎn)的跟蹤。所以電路的參數(shù)與控制占空比的算法都會(huì)對(duì)系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。濾波電感主要是影響并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)環(huán)節(jié)的輸出電壓。電容取值不變時(shí)，隨著電感的取值減小，光伏陣列輸出電壓則由振蕩啟動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉钦袷巻?dòng)，減小了電壓跟隨設(shè)定值的速度，增加了達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間，且振蕩峰值也隨著電感的減小而增大。但當(dāng)電感值小于理論上的最小值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生使輸出電壓引起輸出紋波電流過(guò)大、并網(wǎng)諧波增加等等問(wèn)題。電容的取值則主要影響光伏陣列輸出電壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程的調(diào)節(jié)時(shí)間以及穩(wěn)態(tài)電壓波動(dòng)的幅度，不影響輸出電壓的幅值。電容取值越大，輸出電壓波動(dòng)幅度就越小，這樣，有利于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變電路直流母線電壓的穩(wěn)定;但電容取值增大會(huì)使得啟動(dòng)的振蕩過(guò)程變久而降低電壓的跟隨速度，同樣當(dāng)電容值小于理論上的最小值時(shí)，穩(wěn)態(tài)輸出電壓就會(huì)出現(xiàn)高頻率、大幅度的波動(dòng)，這將會(huì)嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。

最常見(jiàn)的最大功率跟蹤算法主要有三種：恒電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法以及電導(dǎo)增量法。恒電壓跟蹤法是把光伏陣列輸出電壓始終控制在某一設(shè)定值來(lái)達(dá)到最大功率跟蹤?？梢员ＷC比較好的電能質(zhì)量輸出。但在外界環(huán)境變化的時(shí)候，恒電壓法適應(yīng)性很差，會(huì)造成光伏陣列輸出功率的損失，甚至光伏陣列輸出電壓低于設(shè)定值，使輸出功率為零，嚴(yán)重降低光伏電池的利用率，引起整個(gè)電網(wǎng)功率缺額，從而影響并網(wǎng)的電能質(zhì)量。

三、并網(wǎng)逆變器對(duì)電能質(zhì)量影響因素分析

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要功能為將太陽(yáng)能光伏陣列所產(chǎn)生的直流電直接轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，其控制方式如同一個(gè)與電網(wǎng)電壓同步的電流控制型PWM逆變器。為了降低送入電網(wǎng)的電流對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的電流諧波，因此送入電網(wǎng)的電流波形總諧波畸變率應(yīng)越低越好。控制目標(biāo)為輸出功率因數(shù)為1。

逆變器按輸出控制方式也分為電壓控制與電流控制兩種。若采用L型并網(wǎng)逆變器，則逆變電路對(duì)并網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響的元件參數(shù)主要有直流側(cè)電容、濾波電感。電容取值若太小則會(huì)增大電壓波動(dòng)，降低并網(wǎng)電流跟蹤效果;電容取值若過(guò)大又會(huì)降低動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，而且會(huì)增加電容造價(jià)和物理體積。從濾波電感決定逆變電路低頻輸出阻抗來(lái)說(shuō)，取值應(yīng)盡量小，但這樣會(huì)增大電路諧波電流。濾波電感越大，THD值越小，即并網(wǎng)的諧波電流越小。另外，光伏并網(wǎng)控制環(huán)節(jié)也是影響并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要因素，不同的電流跟蹤控制方式直接關(guān)系到逆變器輸出電流的波形質(zhì)量。以滯環(huán)電流比較控制為例，其中的滯環(huán)寬度與開(kāi)關(guān)頻率都直接影響并網(wǎng)輸出電流的電能質(zhì)量。環(huán)寬太大會(huì)降低并網(wǎng)電流的跟蹤精度，電流THD值增大;環(huán)寬取值太小又會(huì)使開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高，而開(kāi)關(guān)頻率的波動(dòng)性過(guò)大會(huì)造成并網(wǎng)電流頻譜較寬，這樣會(huì)加大濾波電路的設(shè)計(jì)難度，同時(shí)增加并網(wǎng)電流諧波。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，并網(wǎng)光伏裝機(jī)容量和數(shù)量的不斷增加，致使電網(wǎng)電能質(zhì)量受到很大影響。因此，研究并網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響非常必要。本文分析了光伏發(fā)電的工作基本原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，闡述了并網(wǎng)光伏發(fā)電中諧波、電壓波動(dòng)和閃變、直流注人、孤島效應(yīng)產(chǎn)生的原因，提出了改善電能質(zhì)量的可行性措施，對(duì)于進(jìn)一步提尚光伏發(fā)電電能質(zhì)量具有一定的借鑒意義。

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作者介紹：

劉文平（1991.2.22-）;性別：男;籍貫：湖北荊州;民族：漢;學(xué)歷：碩士研究生; 研究方向： 新能源與電能質(zhì)量控制;單位名稱：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局。