分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

湯永進(jìn)

摘要：我國(guó)針對(duì)現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源緊張之間的矛盾問(wèn)題，提出了節(jié)能減排的口號(hào)，以此減少對(duì)不可再生能源的依賴，使用可再生的新能源進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行與活動(dòng)。我國(guó)的供電形勢(shì)一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)，因此國(guó)家電網(wǎng)、供電單位提出了多方面的改進(jìn)措施，例如西電東輸、峰谷供電等，但是這僅能緩解部分供電危機(jī)，而采用分布式光伏發(fā)電技術(shù)，可以保證區(qū)域內(nèi)所有用電群體的用電需求，確保人們可以順利開展各項(xiàng)活動(dòng)?；诖耍疚膶?duì)分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響做了簡(jiǎn)單的探討，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：分布式;光伏并網(wǎng);配電網(wǎng);影響;措施

1 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電特征解析

光伏列陣功率輸出會(huì)受到太陽(yáng)光的照度、強(qiáng)度以及實(shí)時(shí)溫度等不定因素的影響。在全年之內(nèi)，會(huì)受到季節(jié)、日照時(shí)段、雨雪天氣等自然條件的影響，從而表現(xiàn)出不穩(wěn)定性和不連續(xù)性，最終影響電壓波動(dòng)，對(duì)公共電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊。通過(guò)逆變器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏并網(wǎng)頻率以及電壓控制。逆變器之中電力電子器件在日常的工作之中會(huì)產(chǎn)生諧波電流，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的安全高效運(yùn)行帶來(lái)影響。為了有效的遏制開關(guān)諧波污染電流，通過(guò)串聯(lián)LCL型濾波器進(jìn)行改善。但是濾波器本身也可能引發(fā)二次污染。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障的時(shí)候，可能形成供電的孤島，并且這一時(shí)段的頻率不夠穩(wěn)定、電壓波動(dòng)較大，很難控制。負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)的電壓波動(dòng)與閃變會(huì)對(duì)用電設(shè)備造成影響;恢復(fù)供電或者是光伏并網(wǎng)瞬間，如果光伏的輸出電壓與公共電網(wǎng)電壓不能夠相互同步，就會(huì)有較大的沖擊電流出現(xiàn)，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來(lái)影響。

2 分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

與傳統(tǒng)能源相比，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)只在白天并網(wǎng)情況下輸出有功功率，其利用效率比較低，而且分布式光伏發(fā)電基于天氣情況的隨機(jī)性、間歇性以及頻繁投退等特性也會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。光伏發(fā)電設(shè)備中使用的電力電子轉(zhuǎn)換裝置也會(huì)給配電網(wǎng)帶來(lái)大量的諧波污染以及無(wú)功損耗。如不考慮上述因素影響，光伏發(fā)電有可能導(dǎo)致配電網(wǎng)的供電質(zhì)量大打折扣，對(duì)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成潛在風(fēng)險(xiǎn)以及不可挽回的后果。光伏并網(wǎng)能為系統(tǒng)提供電壓支持，但是也會(huì)使配電線路有功、無(wú)功發(fā)生一定變化，隨之而來(lái)的是系統(tǒng)潮流以及穩(wěn)態(tài)電壓的變化，會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降以及網(wǎng)損的升高，對(duì)配電網(wǎng)的安全性造成嚴(yán)重影響。

配電網(wǎng)安全運(yùn)行需要保證電壓在允許正常范圍內(nèi)，從而確保良好的電能質(zhì)量。配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓反映了該處無(wú)功的供需關(guān)系，電壓偏差的根本原因是系統(tǒng)無(wú)功出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。無(wú)功不平衡容易導(dǎo)致電壓超出正常運(yùn)行范圍，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的安全以及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。當(dāng)光伏滲透率超過(guò)最大運(yùn)行允許值或者配電網(wǎng)系統(tǒng)輕載運(yùn)行時(shí)，極容易出息逆功率現(xiàn)象，大幅度抬升該節(jié)點(diǎn)電壓，導(dǎo)致配電網(wǎng)潮流和運(yùn)行方式的變化，也影響了繼保設(shè)備的動(dòng)作正確率。分布式光伏系統(tǒng)由于經(jīng)濟(jì)性原因選址離負(fù)荷中心有一定距離，配電線路越長(zhǎng)，并網(wǎng)線路各節(jié)點(diǎn)電壓損耗就越大，電壓畸變也會(huì)更加嚴(yán)重，也會(huì)使電能質(zhì)量造成很大影響。

光伏發(fā)電主要受到太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和溫度的影響，這些不可控且難以預(yù)測(cè)的因素造成了光伏發(fā)電的波動(dòng)特性，也嚴(yán)重影響了接入的配電網(wǎng)的電能質(zhì)量以及運(yùn)行安全。當(dāng)并網(wǎng)光伏輸出功率的波動(dòng)水平達(dá)到一定程度時(shí)，配電網(wǎng)電壓也會(huì)隨之發(fā)生顯著波動(dòng)，從而影響頻率也會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度因云層或者其他原因突然減弱，光伏逆變器隨之進(jìn)入輕載模式，對(duì)配電網(wǎng)注入大量諧波，引起電壓正弦波形畸變，功率損耗增加。陰天期間，光伏系統(tǒng)只能提供較少的功率甚至無(wú)功率輸出，機(jī)組將會(huì)停機(jī)脫網(wǎng)，頻繁的啟停機(jī)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成很大沖擊以及影響設(shè)備壽命。

3 分布式光伏并網(wǎng)接入配電網(wǎng)提升電能質(zhì)量的有效措施

供電單位可以在并網(wǎng)之前，對(duì)于光伏電源以及各個(gè)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量進(jìn)行綜合性管理，應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)手段對(duì)電能的質(zhì)量進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)電壓波動(dòng)，或者大量諧波干擾，可快速采取措施，加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的維護(hù)。

3.1 中心控制層

（1）電網(wǎng)調(diào)度的執(zhí)行，在執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度指令時(shí)，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)直接設(shè)定了逆變器的輸出功率參考值?？紤]到由波動(dòng)性和間歇性存在與光伏列陣的輸出功率之中，所以，就會(huì)有不匹配的功率存在于調(diào)度指令以及光伏電池的輸出最大功率之間，利用超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置，就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)處理以及抑制。

（2）低電壓穿越，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)超過(guò)10%的電壓偏差的時(shí)候，就會(huì)緊急控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓的問(wèn)題。通過(guò)有功功率來(lái)削減處理容量之后，防范逆變器過(guò)流的問(wèn)題出現(xiàn)。如果偏差處于10%之內(nèi)，當(dāng)有1%UN電網(wǎng)電壓降低的時(shí)候，就會(huì)存在5%的分布式電源輸出有功功率下降的情況。在將有功功率進(jìn)行限制的時(shí)候，最大的可用容量就可以支撐無(wú)功電。

（3）對(duì)儲(chǔ)能元件荷電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，為了增強(qiáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，需要確保端電壓處于合理的工作范圍中，同時(shí)為了確保運(yùn)行的持續(xù)性，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)、有效的調(diào)整。若超級(jí)電容器的電壓過(guò)低，可以使用充電的方式確保端電壓獲得提升。若端電壓過(guò)高，就要將其中的電能放掉，避免超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。因此可以使用恒功率的方式完成充電與放電操作，確保超級(jí)電容器中的能量形成良好的自我調(diào)節(jié)。

3.2 配電網(wǎng)的本地控制層

如圖1所示，在配電網(wǎng)的本地控制層中，需要加強(qiáng)超級(jí)電容器與逆變器之間的配合度，還需要對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制：（1）電網(wǎng)側(cè)結(jié)構(gòu)的控制，其中包括配電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓與調(diào)度;（2）逆變器結(jié)構(gòu)的控制;（3）對(duì)超級(jí)電容能量進(jìn)行調(diào)整與控制。做好這些才能確保分布式光伏配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3 仿真解析

（1）低電壓穿越模式，在低電壓穿越模式中，對(duì)配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)配電網(wǎng)的電壓進(jìn)行調(diào)整，需要滿足直流母線電壓的多種要求。分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)行在0.1～0.5s范圍之間的功率會(huì)突然提升，在0.3s之前，會(huì)下降到0.8UN。若分布式光伏系統(tǒng)的電壓小于0.98UN，無(wú)功功率就會(huì)通過(guò)逆變器的作用被注入至電網(wǎng)中，充分滿足電壓的需求。若電壓小于0.95UN，就可以對(duì)分布式光伏并網(wǎng)的有功功率產(chǎn)生限制的作用，配電網(wǎng)電壓的下降幅度與有功功率消減程度呈正比，還會(huì)將最大的可用容量作為基礎(chǔ)，使逆變器成為無(wú)功電壓的主要支撐。在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行壓力調(diào)整的過(guò)程中，由于分布式光伏電源系統(tǒng)也在其中，可以將直流母線電壓控制在800V，不會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，從而將直流母線的電壓穩(wěn)定性能充分發(fā)揮。

（2）對(duì)超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，若電壓沒(méi)有處于正常運(yùn)行范圍中，超級(jí)電容器就會(huì)使直流母線的電壓獲得穩(wěn)定，還可以將自身的能量進(jìn)行有效調(diào)整。若端電壓較低，可以使用充電的方式對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整，放電也是同樣的處理辦法。在光伏系統(tǒng)運(yùn)行到0.1～0.5s時(shí)，光伏陣列的輸出功率會(huì)出現(xiàn)突然的提升，在0.7～1.1s時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)輸出功率降低的現(xiàn)象，將恒功率60kW作為基礎(chǔ)可以對(duì)超級(jí)電容器的充電過(guò)程進(jìn)行有效控制。在超級(jí)電容器的端電壓較低，可以將其調(diào)整在恒功率的充電過(guò)程中，就可以使系統(tǒng)的整體電壓趨于穩(wěn)定，不會(huì)超出電壓的標(biāo)準(zhǔn)范圍，還可以將電壓的穩(wěn)定能力充分發(fā)揮。

總之，光伏發(fā)電作為未來(lái)清潔能源的發(fā)展方向之一，特別是作為城市地區(qū)最具有投資價(jià)值實(shí)用形式。但是光伏發(fā)電由于自身的不穩(wěn)定性以及調(diào)度要求，對(duì)接入公用配電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。研究和討論光伏接入對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響能夠有效避免有關(guān)的事故，使光伏發(fā)電更加高效更加穩(wěn)定。

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