淺析微網(wǎng)運(yùn)行中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題

顧永超　張延遲　董賀賀　查燚

摘 要：隨著能源危機(jī)及環(huán)境污染問(wèn)題的日益凸顯，新能源微網(wǎng)系統(tǒng)成為了解決這些復(fù)雜問(wèn)題的關(guān)鍵。微網(wǎng)系統(tǒng)中存在著不穩(wěn)定的分布式電源及大量電力電子設(shè)備，使得系統(tǒng)中存在一系列電能質(zhì)量問(wèn)題，典型的有諧波污染和功率因數(shù)不穩(wěn)定等問(wèn)題。主要以某屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，淺談了其中存在的電能質(zhì)量問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：微網(wǎng)；電能質(zhì)量；電壓諧波；功率因數(shù)

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.074

微網(wǎng)發(fā)電作為一種新興的發(fā)電形式，可以有效緩解能源危機(jī)及環(huán)境污染等迫切問(wèn)題。以某屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，該工廠場(chǎng)內(nèi)共有各種負(fù)荷12 MW左右，引入的光伏發(fā)電項(xiàng)目規(guī)模為5 MW左右。項(xiàng)目為屋頂安裝方式，采用20 000塊型號(hào)為250 W的高效率多晶硅組件組合而成。依據(jù)項(xiàng)目的發(fā)電能力，首年發(fā)電量為5 081 867 kW·h，預(yù)計(jì)壽命年限25年內(nèi)發(fā)電113 580 000 kW·h。全壽命周期實(shí)現(xiàn)節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤2 053.074 t，減排5 379.055 t CO2和17.451 t SO2。此外，光伏系統(tǒng)的建設(shè)減少了太陽(yáng)光對(duì)屋頂?shù)闹苯虞椛?，從而降低了夏天外界熱量向室?nèi)的傳導(dǎo)，起到了減少建筑能耗的作用。圖1為光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1 電氣系統(tǒng)

在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，該光伏系統(tǒng)采用20 000塊光伏組件，光伏組件20片一串，16串一組匯入光伏專用防雷匯流箱，再經(jīng)過(guò)逆變器連接到低壓配電系統(tǒng)。

該并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的基本工作思路為：①市電有電，太陽(yáng)能輻照（白天晴天）能滿足并網(wǎng)逆變器啟動(dòng)時(shí)，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，并能保證負(fù)載優(yōu)先使用光伏系統(tǒng)所發(fā)的電量；②光伏發(fā)電系統(tǒng)不會(huì)對(duì)供電系統(tǒng)造成影響；③光伏組件支架可靠地與屋面接地體相連，能夠有效地起到防雷保護(hù)作用；④每個(gè)匯流箱中都有高壓直流熔斷管，能有效對(duì)組串進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)；⑤光伏配電室的所有電氣設(shè)備中均有避雷設(shè)備，能夠有效地防止感應(yīng)雷對(duì)系統(tǒng)造成損害；⑥在這一系統(tǒng)中，光伏發(fā)電規(guī)模較小，其所發(fā)電能只滿足當(dāng)?shù)刎?fù)荷的一部分用電，當(dāng)?shù)刎?fù)荷的其余用電量需求則需要通過(guò)電網(wǎng)來(lái)供給。此外，這種新能源微網(wǎng)的投入運(yùn)行能夠切實(shí)減少CO2和SO2等氣體的排放。這對(duì)于緩解能源和環(huán)境危機(jī)具有重要意義。因此，這類新能源微網(wǎng)項(xiàng)目非常適合在東部發(fā)達(dá)地區(qū)的負(fù)荷密集區(qū)開(kāi)展，從而對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)起到積極的補(bǔ)充作用。

2 電能質(zhì)量分析

新能源微網(wǎng)的開(kāi)發(fā)利用具有光明的前景，但是隨著新能源微網(wǎng)的接入，接入點(diǎn)的電能質(zhì)量必然也會(huì)受到新能源微網(wǎng)系統(tǒng)的影響。仍以上述某項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況為例分析，測(cè)量該系統(tǒng)10 kV總進(jìn)線101柜測(cè)試點(diǎn)的電能質(zhì)量。圖2為總諧波電壓畸變率趨勢(shì)，表1為2～25次諧波電壓含有率95%概率值統(tǒng)計(jì)情況。

從表1可以看出，10 kV進(jìn)線的5次諧波電壓95%概率值均超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值，因此電壓諧波不符合電能質(zhì)量的要求。

該系統(tǒng)三項(xiàng)功率有效值的平均值趨勢(shì)如3所示，表2為系統(tǒng)功率統(tǒng)計(jì)情況。

通過(guò)分析圖3和表2我們發(fā)現(xiàn)，在光伏發(fā)電時(shí)段，系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)電壓諧波和功率因數(shù)不穩(wěn)定等電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析可總結(jié)得出，微網(wǎng)中常見(jiàn)的電能質(zhì)量問(wèn)題有諧波污染、功率因數(shù)不穩(wěn)定和無(wú)功不平衡等。為了解決這些問(wèn)題，在正常運(yùn)行條件下，應(yīng)著重研究以下2點(diǎn)：①在新能源資源（風(fēng)能和太陽(yáng)能等）出現(xiàn)波動(dòng)的情況下，電壓波動(dòng)和無(wú)功變化時(shí)，如何快速、有效地調(diào)節(jié)；②如何在保證安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性的前提下，通過(guò)調(diào)度來(lái)保證電網(wǎng)在因負(fù)荷波動(dòng)而引起電壓波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。在故障情況下，應(yīng)重點(diǎn)研究如何保持新能源發(fā)電系統(tǒng)平穩(wěn)地穿越故障，以及安全、可靠地分離并網(wǎng)。相信，隨著技術(shù)的日趨成熟，微網(wǎng)必將成為一種清潔、高效和可靠的能源系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕