并網(wǎng)光伏發(fā)電系統對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

18706168062

隨著(zhù)全球能源危機的加劇和環(huán)保意識的提高，光伏發(fā)電作為一種清潔、無(wú)污染的可再生能源，逐漸成為能源結構轉型的重要方向。然而，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統因其隨機性、波動(dòng)性和間歇性的特點(diǎn)，對電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生了顯著(zhù)影響。本文旨在分析并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，并探討相應的治理措施。

光伏發(fā)電系統中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設備。逆變器內部電力電子元件的大量應用雖然提升了系統的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線(xiàn)性負載，導致波形失真，給系統帶來(lái)大量諧波。特別是在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動(dòng)范圍會(huì )隨之變大。多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后，輸出電流的諧波會(huì )產(chǎn)生疊加，形成輸出電流諧波超標現象，甚至引發(fā)并聯(lián)諧振，導致特定次并網(wǎng)諧波電流擴大。

光伏發(fā)電系統的輸出功率受日照、天氣、季節、溫度等自然因素影響，具有顯著(zhù)的不穩定性。這種不穩定性導致光伏發(fā)電系統接入點(diǎn)電壓波動(dòng)和閃變，影響電網(wǎng)電壓穩定。特別是當輸出功率變化較大時(shí)，負載功率在一定范圍內頻繁變化，進(jìn)一步加劇了電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統中，直流注入是影響電網(wǎng)電能質(zhì)量的另一關(guān)鍵問(wèn)題。直流注入不僅影響電網(wǎng)電能質(zhì)量，還可能對電網(wǎng)中的其他設備造成不利影響。根據IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000標準，并網(wǎng)發(fā)電裝置向電網(wǎng)注入的直流電流分量不能超過(guò)裝置額定電流的0.5%。直流注入的主要原因包括電力電子器件自身分散性、驅動(dòng)電路不一致、大功率控制器內部測量器件的零點(diǎn)漂移和非線(xiàn)性等。

孤島效應是指由于電網(wǎng)中斷供電，但并網(wǎng)光伏發(fā)電系統未能及時(shí)檢測出停電狀態(tài)，從而繼續獨立運行的現象。孤島效應對配電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不利影響，包括電壓和頻率波動(dòng)、系統電氣設備損壞、重合閘故障、電網(wǎng)維修人員安全隱患等。此外，孤島效應還可能導致配電網(wǎng)三相負荷不對稱(chēng)，降低用戶(hù)用電質(zhì)量。

針對諧波問(wèn)題，可以采取以下措施：

1. 源頭治理：對諧波源進(jìn)行改造，減少諧波注入。

2. 加裝濾波器：裝置有源或無(wú)源濾波器，以吸收特定次數的諧波電流。

3. 諧波補償裝置：裝設附加的諧波補償裝置，對諧波進(jìn)行補償。

2. 電壓波動(dòng)和閃變治理

針對電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題，可以采取以下措施：

1. 優(yōu)化逆變器控制策略：提高電壓的穩定性。

2. 加大變電站母線(xiàn)短路容量：增強電網(wǎng)的電壓調節能力。

3. 提高功率因數：在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數，增加有功功率總量，降低無(wú)功功率變化量。

3. 直流注入治理

針對直流注入問(wèn)題，可以采取以下措施：

1. 檢測補償法：實(shí)時(shí)監測并補償直流注入。

2. 優(yōu)化設計逆變器并網(wǎng)結構：減少直流注入的可能性。

3. 電容隔直：使用電容器隔離直流分量。

4. 虛擬電容法：通過(guò)軟件算法模擬電容效果，減少直流注入。

5. 裝置隔離變壓器：使用隔離變壓器隔離直流分量。

4. 孤島效應治理

針對孤島效應問(wèn)題，可以采取以下措施：

1. 優(yōu)化孤島檢測方法：提高孤島檢測的準確性和可靠性。

2. 配置反孤島保護功能：在異常情況下快速切斷并網(wǎng)連接，防止孤島效應的發(fā)生。

3. 加強電網(wǎng)運行調度：結合新能源發(fā)電電功率預測進(jìn)行電網(wǎng)運行調度，減輕孤島效應對電網(wǎng)的影響。

5.安科瑞的解決方案

5.1電能質(zhì)量在線(xiàn)監測

APView500 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進(jìn)行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件標記功能等各個(gè)方面均達到了 IEC61000-4-30 A 級標準，能夠滿(mǎn)足 110kV 及以下供電系統電能質(zhì)量監測的要求。

5.2防孤島保護裝置

防孤島保護裝置檢測到并網(wǎng)點(diǎn)有逆功率、頻率突變、 等異常數據時(shí)，即發(fā)生孤島現象時(shí)，裝置可配合斷路器快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護人員的生命安全。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是多方面的，包括諧波、電壓波動(dòng)和閃變、直流注入、孤島效應等問(wèn)題。為了確保電網(wǎng)的安全穩定運行，需要采取一系列有效的治理措施。通過(guò)源頭治理、加裝濾波器、優(yōu)化控制策略、加強監測與預測等手段，可以顯著(zhù)降低并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的持續健康發(fā)展。