淺析光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及對策分析

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配電網(wǎng)電能質(zhì)量的高低,主要取決于電壓偏差、頻率偏差、電壓波動與閃變、諧波含量、三相不平衡和電壓暫降等幾個(gè)方面。本文僅在光伏電站系統(tǒng)接入配電網(wǎng)方面,結(jié)合自身工作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來探討光伏系統(tǒng)接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響,并提出幾點(diǎn)應(yīng)對對策。

1 分析影響

太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能和生物質(zhì)能等可再生能源的開發(fā)利用是人們利用清潔能源的重要手段,也是國家能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)調(diào)整中電力鼓勵(lì)項(xiàng)中比較重要的一項(xiàng)內(nèi)容。但太陽能光伏發(fā)電由于其受天氣影響較大,有功功率輸出不具有規(guī)律性的特點(diǎn),光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)后,對電網(wǎng)影響較大。特別是光伏接入總量較大時(shí),光伏輸出功率的無規(guī)律變化易引起電網(wǎng)的震蕩,給配電網(wǎng)的安全帶來風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)光伏的大量接入會造成電網(wǎng)功率因數(shù)的下降；逆變器大量采用電力電子裝置,也會對配電網(wǎng)帶來一定的諧波污染。

以上都是配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行必須考慮的內(nèi)容。先以諧波為例,理想狀態(tài)下的配電網(wǎng)電壓波形應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)正弦波,但光伏發(fā)電設(shè)備中的電力電子轉(zhuǎn)換裝置會形成諧波干擾源,使得系統(tǒng)中的諧波增加,導(dǎo)致波形畸變,不僅會使得配電網(wǎng)的功率損耗增大,還會使引起部分用電設(shè)備無故脫網(wǎng)、頻繁啟停,甚至對繼電保護(hù)裝置帶來沖擊,引起保護(hù)誤動。此外,光伏電站輸出功率的無規(guī)律變化,會使得配電系統(tǒng)的有功和無功頻繁發(fā)生變化,導(dǎo)致系統(tǒng)潮流和穩(wěn)態(tài)電壓頻繁變化,使得電能質(zhì)量下降的同時(shí),電網(wǎng)的損耗也會增加,給配電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來影響,配電網(wǎng)的設(shè)備使用壽命也會受到影響[1]。

在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中,為確保其安全性,必須確保電壓始終處于正常的范圍,確保配電網(wǎng)的電能質(zhì)量可控。光伏電站輸出有功,卻在電網(wǎng)無功補(bǔ)償方面貢獻(xiàn)不大,可能造成配電網(wǎng)系統(tǒng)無功失衡,導(dǎo)致電壓超出正常范圍,對配電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來影響。若光伏接入量超出系統(tǒng)最大允許運(yùn)行值,或者配電網(wǎng)系統(tǒng)處在輕載運(yùn)行狀態(tài)時(shí),容易發(fā)生逆功率的情況,使得電網(wǎng)系統(tǒng)電壓不受控提升。尤其是光伏發(fā)電在局部電網(wǎng)系統(tǒng)的占比過大時(shí),光伏系統(tǒng)輸出功率的變化會使配電網(wǎng)的電壓和頻率出現(xiàn)較大波動。以上情況均可能造成配電網(wǎng)的潮流與運(yùn)行方式發(fā)生變化,使得電壓敏感設(shè)備無法正常工作或受損,甚至繼電保護(hù)裝置受到影響。

2 對策分析

2.1 優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣一次設(shè)計(jì)

2.1.1 光伏接入配電網(wǎng)接入容量和接入方案的設(shè)計(jì)原則 在局部電網(wǎng)中光伏接入容量達(dá)到一定比例時(shí),光伏輸出功率的無規(guī)律變化會導(dǎo)致電網(wǎng)的震蕩。為減少光伏發(fā)電對大電網(wǎng)的影響,光伏接入容量宜控制在局部電網(wǎng)總發(fā)電裝機(jī)容量的5%以內(nèi)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)工程具有站點(diǎn)分散的特點(diǎn),所以需要對不同的站點(diǎn)根據(jù)現(xiàn)有電網(wǎng)情況做好并網(wǎng)設(shè)計(jì)。為避免光伏電站對大電網(wǎng)的沖擊,在進(jìn)行接入容量和接入方案設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)充分參考廠區(qū)或局部電網(wǎng)的負(fù)荷曲線,根據(jù)負(fù)荷曲線確定并網(wǎng)點(diǎn)和并網(wǎng)容量,優(yōu)先考慮多點(diǎn)低壓并網(wǎng)方案,以就地消納為原則,提高自發(fā)自用比例。

2.1.2 電氣設(shè)備的選型 在光伏電站系統(tǒng)中對配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響最大的設(shè)備是光伏并網(wǎng)型逆變器,所以此處僅對光伏逆變器的選型進(jìn)行討論。

目前常見的光伏逆變器一般分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器,都屬于電力電子設(shè)備,在設(shè)備運(yùn)行過程中會產(chǎn)生一定的奇次諧波,對電網(wǎng)影響較大主要為5次、7次和11次諧波。且逆變器發(fā)電時(shí)諧波產(chǎn)生有一個(gè)特點(diǎn),在逆變器滿負(fù)荷發(fā)電時(shí),逆變器發(fā)電諧波含量都能控制在5%以內(nèi),目前市面上的逆變器滿功率發(fā)電諧波含量基本都能滿足國標(biāo)要求；但隨著逆變器發(fā)電功率減小,逆變器發(fā)電的諧波含量比例逐漸增多,在逆變器以20%-30%額定功率發(fā)電時(shí)諧波比例最大,部分逆變器甚至能達(dá)到發(fā)電功率的30%,對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響頗大。

在逆變器選型時(shí)應(yīng)充分考慮以下原則：

1.條件允許的情況下,應(yīng)盡量選擇額定容量較大的逆變器以減少逆變器的使用數(shù)量,減少輸入電網(wǎng)的諧波含量及諧波的疊加。在對電網(wǎng)電能質(zhì)量的友好度方面,集中式逆變器＞組串式逆變器＞微型逆變器。

2.在對逆變器品牌進(jìn)行選擇時(shí),可以對各種工況下逆變器的諧波含量進(jìn)行測試,尤其注意逆變器在20%-60%額定功率發(fā)電時(shí)的諧波含量,選擇輸出諧波含量較少的逆變器。

3.光伏電站并網(wǎng)時(shí)逆變器發(fā)電功率因數(shù)一般設(shè)置為1。光伏電站對電網(wǎng)輸送有功,但卻沒有對電網(wǎng)的無功進(jìn)行補(bǔ)償,造成電網(wǎng)功率因數(shù)偏低,影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。在逆變器選型時(shí)優(yōu)先選擇功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的逆變器,在必要時(shí)根據(jù)電網(wǎng)要求調(diào)整逆變器發(fā)電功率因數(shù),補(bǔ)償電網(wǎng)無功,減少光伏發(fā)電對電網(wǎng)的影響。也可考慮加裝SVG等裝置補(bǔ)償電網(wǎng)無功。

4.在電網(wǎng)諧波含量高或用電設(shè)備對電能質(zhì)量要求較高的電網(wǎng)中,依據(jù)電網(wǎng)實(shí)際情況,在光伏電站并網(wǎng)時(shí)配置一定容量的有源電力濾波裝置,濾除諧波,改善電網(wǎng)電能質(zhì)量。

2.1.3 防雷接地過壓設(shè)計(jì) 在防雷方面,通過安裝防雷裝置,接地則是結(jié)合地勘測試結(jié)果采取水平接地體,同時(shí)確保所有的電氣設(shè)備和支架均全部接地,做好過壓設(shè)計(jì)[2]。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣二次設(shè)計(jì)

第一,選用具有群控功能的并網(wǎng)逆變器,搭建逆變器二次控制系統(tǒng),在必要時(shí)對逆變器進(jìn)行控制或根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令控制逆變器輸出,在保證收益的同時(shí)減少光伏電站對電網(wǎng)的影響。

第二,在對光伏系統(tǒng)二次接線設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)合實(shí)際需要針對性地并網(wǎng)逆變器的保護(hù)設(shè)計(jì)。常見的主要有逆功率保護(hù)、方向過流保護(hù)、欠過壓保護(hù)、高低頻保護(hù)和防孤島保護(hù)等。

3 結(jié)語

綜上所述,本文分析了光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響,并從光伏發(fā)電系統(tǒng)接入設(shè)計(jì)和設(shè)備選型方面,提出了應(yīng)對影響的幾點(diǎn)技術(shù)參考與對策。