光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究

李澤龍

摘? 要：配電網(wǎng)由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入使其結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，若不采取措施，原有配電網(wǎng)的電壓指標(biāo)、電流諧波含量、電網(wǎng)頻率均會(huì)受到影響。電網(wǎng)若長(zhǎng)期處于不正常運(yùn)行狀態(tài)下用電設(shè)備和電網(wǎng)以及供電安全將得不到保障。所以需要對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電后對(duì)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行分析，既要保證電網(wǎng)及用電設(shè)備的安全運(yùn)行，又要使用戶日益增長(zhǎng)的的用電需求得到保障。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電;配電網(wǎng)電能質(zhì)量;影響

1光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

1.1孤島效應(yīng)

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，可能會(huì)產(chǎn)生影響電能質(zhì)量的孤島現(xiàn)象。當(dāng)配電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生故障時(shí)，會(huì)使光伏發(fā)電系統(tǒng)與輸配電網(wǎng)絡(luò)斷開聯(lián)系，引發(fā)繼電保護(hù)工作，使光伏發(fā)電系統(tǒng)處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，只能依靠自身供電。在孤島拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，投網(wǎng)開關(guān)斷開，光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)進(jìn)入孤島狀態(tài)，導(dǎo)致配電網(wǎng)的負(fù)載瞬間超出光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率，進(jìn)而導(dǎo)致光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行崩潰。此外，孤島效應(yīng)還會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)三相負(fù)載欠相供電，干擾繼電保護(hù)裝置穩(wěn)定運(yùn)行;損害配電網(wǎng)中的電氣設(shè)備;引發(fā)配電網(wǎng)線路反送電，增大電網(wǎng)運(yùn)維人員的作業(yè)風(fēng)險(xiǎn);在配電網(wǎng)故障消除且光伏發(fā)電系統(tǒng)接通配電網(wǎng)后，會(huì)造成電壓相位不同步，出現(xiàn)浪涌電流，對(duì)光伏系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，可能會(huì)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。

1.2直流分量

通常光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)短路電流通常包括直流分量、工頻周期分量以及其他頻率的周期分量。直流分量嚴(yán)重時(shí)會(huì)使變壓器產(chǎn)生偏磁，甚至嚴(yán)重影響電力設(shè)備的運(yùn)行。直流分量隨時(shí)間會(huì)逐漸衰減。直流分量發(fā)生對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響不容忽視。理想情況并網(wǎng)逆變器輸出的電壓電流波形都是標(biāo)準(zhǔn)正弦波。在工程實(shí)際中，直流分量注入大小已經(jīng)是檢驗(yàn)光伏發(fā)電裝置好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。逆變器輸出電流中的直流分量可以分成可控型和不可控型兩類。（1）可控型：以電壓型逆變器為研究對(duì)象，要求同一半橋上下兩開關(guān)管不得同時(shí)導(dǎo)通或者關(guān)斷，因此需要合理設(shè)置死區(qū)時(shí)間。此時(shí)逆變器中功率開關(guān)管開通和關(guān)斷電路時(shí)會(huì)存在時(shí)間上的延遲，導(dǎo)致原來兩個(gè)互補(bǔ)工作的開關(guān)管不再完全互補(bǔ)。從而直流分量就會(huì)出現(xiàn)在逆變器的輸出電壓和輸出電流中。此外，控制電路電路的零漂特性及基準(zhǔn)信號(hào)的直流偏置等也會(huì)導(dǎo)致其輸出電流產(chǎn)生直流分量。這種類型的直流分量是通過方法可控的。比如減小死區(qū)等。（2）不可控型：與理想情況不同，逆變器中各個(gè)開關(guān)元器件的動(dòng)靜態(tài)特性不能保持完全一致，且線路阻抗也不能保證完全對(duì)稱，這些因素都是不可控的。

2光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的解決

2.1孤島效應(yīng)檢測(cè)

發(fā)生孤島效應(yīng)后，除電網(wǎng)電壓和電流突變外，系統(tǒng)頻率也會(huì)發(fā)生突變，電網(wǎng)因不能長(zhǎng)時(shí)間處于不正常運(yùn)行狀態(tài)，故容易引起電網(wǎng)崩潰。故及時(shí)且有效對(duì)孤島效應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)是十分必要的。一個(gè)可靠的反孤島方案需滿足以下兩點(diǎn)：（1）因?yàn)楣聧u系統(tǒng)的組成方式不同，可能是由光伏發(fā)電和負(fù)載組成的，也可能是水力發(fā)電和負(fù)載組成的，因此反孤島方案應(yīng)滿足不同組成方式下的孤島效應(yīng)的檢測(cè)需求;（2）必須在允許的時(shí)間范圍完成對(duì)孤島效應(yīng)的檢測(cè)（反孤島方案須使檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行重合閘之前切斷與輸配電網(wǎng)間的聯(lián)系）。市場(chǎng)上現(xiàn)有的針對(duì)大型光伏并網(wǎng)逆變器的反孤島策略大致分為兩類：第一類依靠無線通信技術(shù)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)孤島效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)生進(jìn)行檢測(cè)，稱該策略為即基于通信的反孤島策略;第二類主要依靠并網(wǎng)系統(tǒng)中檢測(cè)到的異常變化的電信號(hào)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能，稱該策略為局部反孤島策略。它分為主動(dòng)式檢測(cè)和被動(dòng)式檢測(cè)兩種。被動(dòng)式檢測(cè)通過測(cè)量并網(wǎng)系統(tǒng)的電信號(hào)（電壓、頻率）的檢測(cè)結(jié)果是否滿足正常運(yùn)行條件下的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)從而判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)。被動(dòng)檢測(cè)的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生一定范圍的檢測(cè)盲區(qū)，影響了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。主動(dòng)檢測(cè)通過向電網(wǎng)注入擾動(dòng)的方式，比如主動(dòng)注入電壓分量和頻率分量的形式，進(jìn)而檢測(cè)擾動(dòng)注入后并網(wǎng)系統(tǒng)的電信號(hào)是否滿足正常運(yùn)行條件下的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)從而判斷檢測(cè)超過標(biāo)準(zhǔn)來判斷是否發(fā)生孤島效應(yīng)。與被動(dòng)式檢測(cè)相比，主動(dòng)檢測(cè)不可檢測(cè)區(qū)減少，但是由于注入擾動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響有所增加。

2.2電壓調(diào)整

在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，需要對(duì)大規(guī)模的并網(wǎng)系統(tǒng)采取調(diào)壓策略，以滿足配電網(wǎng)在電壓大幅度增加時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行需求。（1）光伏逆變器自動(dòng)調(diào)壓。并網(wǎng)電壓調(diào)整不能僅依靠配電網(wǎng)中的電壓調(diào)節(jié)器、有載變壓器，還需要發(fā)揮光伏逆變器的自動(dòng)調(diào)壓功能，確保達(dá)到最佳調(diào)壓效果。使用光伏逆變器調(diào)壓無須增設(shè)調(diào)壓設(shè)備，其自身自帶有功、無功調(diào)節(jié)功能，僅需在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入節(jié)點(diǎn)處調(diào)壓即可。但是，在光電發(fā)電系統(tǒng)接入點(diǎn)較復(fù)雜的情況下，光伏逆變器自動(dòng)調(diào)壓受到一定限制，很難發(fā)揮調(diào)壓作用。一般情況下，容量超過500kW的逆變器能夠正常發(fā)揮無功控制能力，而對(duì)于容量不足500kW的逆變器需要采用其他調(diào)壓策略。（2）配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整。配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括環(huán)網(wǎng)型、輻射型和花瓣形，其中輻射型配電網(wǎng)具備電壓調(diào)整功能，能保證電能質(zhì)量。輻射型配電網(wǎng)可以在遠(yuǎn)離主變壓器的末端增加投切設(shè)備，改變配電網(wǎng)輸電結(jié)構(gòu)，保證供電的穩(wěn)定性。同時(shí)，配電網(wǎng)接線結(jié)構(gòu)調(diào)整還可以減小等效阻抗，提高輸電線路電壓。此外，在運(yùn)用配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整方法保證電能質(zhì)量時(shí)，要重視成本控制，目前這種調(diào)壓方法僅適用于I類用電戶的電能質(zhì)量治理。（3）有載調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器在分接開關(guān)處設(shè)置多組變壓器繞組分接頭，其工作原理是通過調(diào)整變壓器的繞組實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)繞組電壓的有效調(diào)節(jié)。當(dāng)前，常用的有載調(diào)壓變壓器類型為串聯(lián)式補(bǔ)償調(diào)壓變壓器，其借助開關(guān)器組成逆變器供電，可以調(diào)節(jié)控制連續(xù)持續(xù)輸出的電壓，具備調(diào)壓精度高、調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)勢(shì)，可以在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)中推廣應(yīng)用。

3結(jié)束語

光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)現(xiàn)了將太陽能轉(zhuǎn)換為符合配電網(wǎng)要求的電能質(zhì)量，且減少了對(duì)傳統(tǒng)能源的消耗。然而，光伏并網(wǎng)發(fā)電會(huì)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。如最大功率跟蹤控制方法的不同會(huì)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流及功率的波動(dòng)及電流諧波畸變率產(chǎn)生影響，孤島效應(yīng)發(fā)生后配電網(wǎng)的功率分配問題，還有包括并網(wǎng)過程產(chǎn)生的直流分量、三相不平衡現(xiàn)象等均會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)電能質(zhì)量相應(yīng)指標(biāo)發(fā)生改變。本文多方位、多角度對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行研究和論證。

參考文獻(xiàn)

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