光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的分析研究

施傳威

摘要：在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，當(dāng)分布式光伏的普及率提高時(shí)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，從以前的單電源輻射結(jié)構(gòu)變?yōu)榘麄€(gè)電源的結(jié)構(gòu)，這使得潮流和電壓特性發(fā)生了很大的變化。在這種背景下，如何有效地監(jiān)管配電網(wǎng)，保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，是我們需要關(guān)注的問題。針對(duì)這種情況，有必要分析分布式光伏并網(wǎng)后配電網(wǎng)面臨的一系列變化，并采取相應(yīng)的改進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng);電網(wǎng)電能質(zhì)量;影響;分析

引言

光伏電站并網(wǎng)后，配電網(wǎng)由原來的單一供電系統(tǒng)向多元供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致配電網(wǎng)中諧波和DC分量增加，影響配電網(wǎng)的安全運(yùn)行和電力設(shè)備的正常工作。為了保證配電網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量要求，促進(jìn)新能源發(fā)電的發(fā)展，有必要對(duì)新能源并網(wǎng)發(fā)電給配電網(wǎng)帶來的電能質(zhì)量影響進(jìn)行深入研究。

1光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分類分析

1.1太陽能電池技術(shù)

發(fā)電技術(shù)只有在光伏電池的基礎(chǔ)上才能發(fā)揮作用。在技術(shù)不斷進(jìn)步的今天，我國(guó)光伏電池的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了多次變化。最初的硅材料光伏電池，長(zhǎng)期使用后損耗嚴(yán)重，制造成本非常高，不符合我國(guó)大規(guī)模供電的實(shí)際需求，因此逐漸被淘汰。在此基礎(chǔ)上，技術(shù)人員進(jìn)行了新一輪的研究，嘗試了各種新材料的性能，提出了第二代光伏電池的設(shè)想。第二代光伏電池?cái)[脫了硅材料，制造成本和功耗都得到了有效解決。近年來，經(jīng)過新一輪的技術(shù)改造，光伏電池正在向薄膜電池和二次晶硅方向發(fā)展。與前兩代光伏電池相比，這種新型電池具有更加顯著的光能轉(zhuǎn)換效率，能夠更好地保證電能生產(chǎn)的穩(wěn)定性，因此得到了一定程度的認(rèn)可。

1.2太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)電流控制技術(shù)

光伏發(fā)電的并網(wǎng)電流控制技術(shù)非常重要，其中逆變器是最重要的設(shè)備，可以將直流電轉(zhuǎn)化為交流電。通過逆變器的合理應(yīng)用，將電力諧波控制在一定范圍內(nèi)，提高光伏發(fā)電的電壓，使光伏發(fā)電和并網(wǎng)技術(shù)更好地發(fā)揮作用。目前太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)電流控制技術(shù)的應(yīng)用從根本上降低了電力諧波的畸變率，保證了電流控制的有效性，這需要在今后的工作中進(jìn)一步研究。

2光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響

2.1電壓波動(dòng)的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)受自然環(huán)境溫度、太陽輻射強(qiáng)度等因素的干擾，其輸出功率具有一定的波動(dòng)性。接入配電網(wǎng)后，改變后的電源輸入會(huì)導(dǎo)致原有電壓水平的波動(dòng)，難以避免閃變，影響供電穩(wěn)定性。同時(shí)，光伏電源容量和安裝位置不當(dāng)不僅不能充分發(fā)揮光伏供電系統(tǒng)的積極作用，還可能對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生一系列負(fù)面影響，主要表現(xiàn)為：電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致交流電機(jī)轉(zhuǎn)速異常，影響工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量;在一些電子變換器的運(yùn)行中，電壓波動(dòng)會(huì)使控制器誤識(shí)別電壓相角的狀態(tài);在日常照明用電中，電壓波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致光源閃爍，降低工作效率。光伏電源的接入將對(duì)配電網(wǎng)相關(guān)的電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重要影響，其中電壓波動(dòng)是研究較多的影響因素之一。研究表明，當(dāng)光伏發(fā)電量超過一定水平時(shí)，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上游各節(jié)點(diǎn)電壓先降低后升高，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上游各節(jié)點(diǎn)電壓逐漸降低。新能源并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處電壓波動(dòng)最大，并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)越靠近饋線端，電壓波動(dòng)越大。目前光伏并網(wǎng)后的電壓波動(dòng)問題有幾種解決方案：增加變電站母線短路容量;當(dāng)光伏電源為逆變分布式電源時(shí)，可以抑制電壓波動(dòng)，緩解電壓凹陷問題。當(dāng)光伏電站容量確定后，增加發(fā)電量以增加總有功功率，減少無功功率的變化;優(yōu)化光伏電站逆變器布局方案，提高電壓穩(wěn)定性。

2.2并網(wǎng)分布式光伏對(duì)網(wǎng)損的影響

輸電會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)損，即線路中的電能損耗，最大限度的體現(xiàn)了電網(wǎng)在輸電方面的優(yōu)勢(shì)，電網(wǎng)收益也會(huì)受到一定程度的影響，所以這類指標(biāo)一定要引起足夠的重視。接入電網(wǎng)后，配電網(wǎng)中潮流的規(guī)模和方向發(fā)生了變化，電壓幅值和電壓降也發(fā)生了一定程度的變化，這是造成網(wǎng)損的重要因素。（1）頭端接入。分布式光伏在首端集中接入后，當(dāng)光伏普及率提高時(shí)，網(wǎng)損一般不會(huì)發(fā)生變化。只有當(dāng)PV磁導(dǎo)率超過一定值時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中才會(huì)送回更多的有功功率，支路電流也會(huì)增大，線損也會(huì)大大增加。在變壓器的位置，光伏可以吸收負(fù)荷，變壓器的負(fù)債率會(huì)得到有效控制。當(dāng)PV磁導(dǎo)率超過一半水平時(shí)，配電變壓器的出口功率會(huì)發(fā)生變化，變壓器中的電流處于最低狀態(tài)，配電變壓器損耗得到有效控制。（2）終端接入。當(dāng)線路末端統(tǒng)一接入分布式光伏時(shí)，如果光伏普及率為10%，可以最大程度地消除網(wǎng)損。從原因分析可以看出，端電壓升高后電壓幅值可以得到有效控制，接入較少的分布式光伏器件時(shí)電壓降也會(huì)降低，損耗也會(huì)隨著電流的降低而降低。在變壓器處，當(dāng)PV磁導(dǎo)率超過30%時(shí)，損耗也最小。線路末端統(tǒng)一接入分布式光伏后，在光伏滲透率增加的過程中，網(wǎng)損、線損和變壓器損耗會(huì)先減小后增大。與終端接入方式相比，分布式光伏在頭端集中接入對(duì)全網(wǎng)損耗影響不大。高滲透率光伏并網(wǎng)后，隨著光伏出力的發(fā)展，有功功率倒掛現(xiàn)象較為普遍，增加了線路損耗，影響了經(jīng)濟(jì)效益。

2.3分布式光伏并網(wǎng)對(duì)三相不平衡的影響

配電網(wǎng)存在單相出線、負(fù)荷單向等現(xiàn)象，容易造成三相不平衡。本研究將分布式光伏接入首端和末端，分析光伏磁導(dǎo)率變化時(shí)會(huì)影響三相不平衡。通過首端三相集中接入，線端分散接入，得到分布式光伏滲透率變化后電壓三相不平衡的影響。在首端三相集中接入后，當(dāng)光伏滲透率增大時(shí)，電壓電流三相不平衡會(huì)逐漸減小，而且這個(gè)幅度非常有限，衰減也非常緩慢。這種方法雖然可以在一定程度上降低電壓三相不平衡，但并不能達(dá)到很好的效果 。分布式光伏系統(tǒng)也能在一定程度上降低電壓三相不平衡，效果非常明顯。從得到的數(shù)據(jù)可以看出，光伏透過率提高10%后，三相電壓不平衡至少可以降低4%。

結(jié)束語

本文以光伏發(fā)電的電能質(zhì)量為研究對(duì)象，分析了光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分類分析，深入探究了光伏發(fā)電過程中電壓波動(dòng)、網(wǎng)損、三相不平衡等影響因素的具體原因和影響規(guī)律，提出了改善電能質(zhì)量的可行方法，對(duì)進(jìn)一步改善光伏發(fā)電過程中的電能質(zhì)量具有一定的參考價(jià)值。

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