光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電能質(zhì)量分析與研究

李琳 董文靜 朱希龍 劉運(yùn)好 李科翰 原忠華

摘要：以福祿克F435為監(jiān)測儀器，對沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)40 kW光伏示范點(diǎn)進(jìn)行為期一周的電能質(zhì)量監(jiān)測，將所得數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab中進(jìn)行處理，根據(jù)電能質(zhì)量要求對其進(jìn)行分析評估。對比國家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可知，電壓偏差、電壓驟升驟降、頻率偏差及閃變等電能質(zhì)量均未超限，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電站；福祿克435；電壓偏差；電壓驟升驟降；閃變

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）07-0016-03

太陽能是豐富的可再生能源，既可免費(fèi)使用，又無需開采和運(yùn)輸，且清潔無污染。太陽能光伏發(fā)電根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池（光伏電池）將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。與傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電技術(shù)受外界環(huán)境影響較大，輸出功率存在間歇性和不確定性，且通過大量電力電子器件并入電網(wǎng)，給電網(wǎng)帶來很多新的電能質(zhì)量問題。以沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)40 kW光伏示范系統(tǒng)為研究對象，開展電能質(zhì)量測試和評估，研究光伏電站接入電網(wǎng)的運(yùn)行特性及對電能質(zhì)量的影響，為制定全面有效的光伏電站測試評估方案積累經(jīng)驗(yàn)。

1 信電學(xué)院40 kW光伏系統(tǒng)簡介

沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)光伏示范發(fā)電系統(tǒng)（見圖1）容量為40 kW，接入0.38 kV電網(wǎng)。光伏組建類型是普通多晶組件和雙玻組件，分為3個陣列：一是由兩組10 kW普通多晶組體20塊電池板串聯(lián)成一個組件，再由2組組件并聯(lián)到一臺10 kW三相并網(wǎng)逆變器；二是由10 kW雙玻組件組成，一共40塊太陽能板，每10塊太陽能板組成一組組串，每2組組串并聯(lián)到一臺5 kW雙向儲能逆變器，再由兩臺逆變器接到蓄電池上；三是10 kW雙玻組件，每一塊太陽能板接微型逆變系統(tǒng)，由15，15，10塊太陽能板串聯(lián)成3組組串，再并聯(lián)到一臺控制器。

選取其中10 kW三相逆變器并網(wǎng)組件為監(jiān)測對象，監(jiān)測點(diǎn)選取并網(wǎng)前公共連接點(diǎn)PCC處，如圖2所示。電能質(zhì)量測試裝置需滿足《GB198862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》《光伏站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》（Q/GDW618-2011），并符合IEC61000-4-30A級測試精度要求，用福祿克F435電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行監(jiān)測測試。

2 電能質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 供電電壓偏差

正常供電為380 V，但由于435沒有380 V的標(biāo)準(zhǔn)，所以將系統(tǒng)標(biāo)稱電壓設(shè)為398 V。光伏電站接入電網(wǎng)后，應(yīng)滿足《GB/T 12325-2008 電能質(zhì)量供電電壓偏差》（見表1）的要求，20 kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的-7%～+7%。根據(jù)電壓偏差計(jì)算公式（1）計(jì)算所測量電壓是否超限：

式中：Ua為電壓偏差；Ub為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓；Uc為電壓測量值。

2.2 電壓的驟升驟降

光伏電站接入電網(wǎng)后，當(dāng)電網(wǎng)工作期間供電電壓突然降低到標(biāo)稱電壓Uc的90%和10%之間時，在很短時間內(nèi)恢復(fù)正常的時間稱之為電壓驟降。電壓驟降的持續(xù)時間通常在10 ms～1 min之間。當(dāng)電壓有效值上升至額定值的110%以上，典型值為額定值的110%～180%，稱之為電壓驟升，其持續(xù)時間為0.5個周期至1 min。

2.3 閃變

根據(jù)GB/T 12326-2008規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)在系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，以1周（168h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt都應(yīng)滿足表2要求，短時間閃變值Pst都應(yīng)滿足表3的要求。

3 電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 電壓偏差分析

根據(jù)圖3所示的電壓偏差示意圖可得出電壓偏差分析結(jié)果（見表4）。

由表4可知，三相電壓AB，BC，CA的系統(tǒng)標(biāo)稱電壓Ub都為398 V，電壓測量值Uc都在406～409 V之間。根據(jù)式（1）計(jì)算出的結(jié)果可知，電壓偏差的范圍Ua在2.1%～2.6%之間，并未超出表1中的電壓等級在20 kV及以下的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（-7%～+7%），故三相電壓AB，BC，CA均未超限

3.2 電壓暫升暫降

根據(jù)圖4可以看出，以AB相為例，電壓始終處于408 V左右的狀態(tài)，并未出現(xiàn)降到358 V以下或者升到437 V以上的情況，參考標(biāo)準(zhǔn)過后發(fā)現(xiàn)并未發(fā)生暫升暫降現(xiàn)象。

3.3 閃變分析

利用福祿克435對閃變進(jìn)行測量，測量值分析圖像如圖5所示。

根據(jù)所給標(biāo)準(zhǔn)可知，IEC規(guī)定低壓網(wǎng)Pst=1，中壓網(wǎng)Pst=0.9，高壓網(wǎng)Pst=0.8，而監(jiān)測使用的380 V屬于低壓網(wǎng)，短時間閃變后的變化值為0.06～0.08（見圖5），并未超限。

長時間閃變Plt在電壓V≤110 kV時為1.0，在V>110 kV時為0.8。監(jiān)測環(huán)境為380 V，為低壓環(huán)境，故長時間閃變的限值規(guī)定為1.0。

長時間閃變Plt的最大值并未超過0.07，符合國家標(biāo)準(zhǔn)未超限。

4 結(jié)論

光伏發(fā)電一直是新型發(fā)電方式的重點(diǎn)研究方向，而電能質(zhì)量問題是影響光伏發(fā)電研究的重點(diǎn)之一。研究沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)40 kW光伏系統(tǒng)示范點(diǎn)對光伏發(fā)電電能質(zhì)量的影響，討論并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的電能質(zhì)量，主要包括電壓偏差、電壓驟升驟降、頻率偏差及閃變。將監(jiān)測結(jié)果導(dǎo)入到matlab中，利用matlab轉(zhuǎn)換出的數(shù)據(jù)和圖表確定，總體電能質(zhì)量并未超限，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。光伏發(fā)電電能質(zhì)量的監(jiān)測可以為光伏發(fā)電系統(tǒng)的完善提供理論依據(jù)。

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