安科(kē)瑞 陳(chén)聰

摘要：光伏發(fā)電(diàn)作(zuò)為(wéi)當(dāng)今一種新(xīn)型，無汙(wū)染的(dí)發(fā)電(diàn)方式，對傳統電能(néng)的(dí)需(xū)求起(qǐ)到(dào)了很大(dà)緩解(jiě)作(zuò)用(yòng)。但(dàn)對於並網光(guāng)伏(fú)發(fā)電(diàn)係(xì)統而言(yán)，由(yóu)於(yú)其本身隨機(jī)性，波(bō)動性，間歇性(xìng)的(dí)特點(diǎn)，且(qiě)並網光伏發電係統(tǒng)中(zhōng)含有大(dà)量的非綫(xiàn)性(xìng)電(diàn)力電(diàn)子(zǐ)元器件，相(xiāng)比傳統(tǒng)發(fā)電方式，光伏發(fā)電對電(diàn)網電(diàn)能(néng)質(zhì)量產(chǎn)生(shēng)了(liǎo)很(hěn)大影響(xiǎng)。本文(wén)分析(xī)了並(bìng)網光伏發(fā)電對(duì)電(diàn)網產生的(dí)諧(xié)波，電壓波動和閃變，直(zhí)流注(zhù)入，孤(gū)島效(xiào)應(yīng)等(děng)問題，並(bìng)研(yán)究探(tàn)討(tǎo)了改善(shàn)電(diàn)能(néng)質量的(dí)可行(háng)性措施。

0引(yǐn)言

隨(suí)著國(guó)際化(huà)進程(chéng)的(dí)不斷(duàn)加快(kuài)，世(shì)界經(jīng)濟得(dé)到飛(fēi)速發展，能(néng)源的消耗也隨(suí)之(zhī)增加，而傳統(tǒng)能源的逐漸枯(kū)竭及(jí)環(huán)境問題(tí)日(rì)益嚴重(zhòng)，太陽(yáng)能(néng)作(zuò)為(wéi)一種清(qīng)潔，無(wú)汙(wū)染的(dí)可(kě)再生(shēng)能(néng)源(yuán)受到(dào)人(rén)們(mén)的密切關注。近年來光伏(fú)發(fā)電(diàn)裝機容(róng)量不斷擴大，上網(wǎng)電(diàn)量也逐(zhú)年增(zēng)加(jiā)，但(dàn)由於其(qí)裝機(jī)容量(liáng)規(guī)模一(yī)般(bān)較小(xiǎo)，場址布置相對(duì)比較分(fēn)散，輸出(chū)功率(shuài)浮動較(jiào)大(dà)的特點，也給電網(wǎng)電能質(zhì)量造成了很(hěn)大的(dí)影響。因(yīn)此(cǐ)研(yán)究(jiū)光伏發電對電能質量的影響(xiǎng)，對促(cù)進電力(lì)生(shēng)產(chǎn)及電(diàn)網安(ān)全穩(wěn)定運行具有重要意(yì)義。

1光(guāng)伏發(fā)電的基本原理(lǐ)

光伏發(fā)電利用半導體表麵(miàn)存(cún)在的光(guāng)生(shēng)伏特(tè)的效應，通(tōng)過光照(zhào)在(zài)半(bàn)導體(tǐ)材(cái)料兩端(duān)發(fā)出直流(liú)電流。當太(tài)陽(yáng)光照在半導體(tǐ)P-N節上時，新的電子(zǐ)-空(kōng)穴對就(jiù)會(huì)形成(chéng)，光(guāng)子將(jiāng)電(diàn)子從共(gòng)價(jià)鍵(jiàn)中(zhōng)激發(fā)後(hòu)，電子流向N區，空穴流向(xiàng)P區(qū)，從(cóng)而(ér)半導(dǎo)體(tǐ)兩端(duān)產生電(diàn)勢差(chà)。PN結(jié)兩(liǎng)端的電路(lù)一(yī)旦(dàn)接(jiē)通(tōng)，就會(huì)形成電流(liú)，從(cóng)P區(qū)經外(wài)電(diàn)路流(liú)向N區，對負(fù)載(zǎi)輸(shū)出電功(gōng)率(shuài)。

2並(bìng)網(wǎng)光(guāng)伏(fú)發(fā)電的結構(gòu)和(hé)分類(lèi)

並(bìng)網光伏(fú)發(fā)電(diàn)係統主(zhǔ)要(yào)由太陽電池(chí)板(組件)，大功率跟(gēn)蹤(MPPT)控製器，DC-AC逆(nì)變器(qì)幾部分組成(chéng)，采用絕(jué)緣柵雙極(jí)晶體(tǐ)管(IG-BT)作(zuò)為光伏(fú)逆變器的開關元(yuán)件(jiàn)。太(tài)陽(yáng)能電池輸出的直流電經過(guò)DC-DC變(biàn)換器將電壓(yā)等(děng)級(jí)升高(gāo)，再通(tōng)過(guò)DC-AC逆變器(qì)將直流電(diàn)變(biàn)換為與電網電壓(yā)幅(fú)值(zhí)，頻率(shuài)，相(xiāng)位(wèi)相同的交(jiāo)流電，以實(shí)現(xiàn)並入(rù)電網(wǎng)或(huò)給(gěi)交流負(fù)載(zǎi)供(gōng)電，光伏發電係(xì)統(tǒng)結(jié)構如(rú)圖1所示。

圖1並網光伏(fú)發(fā)電係(xì)統(tǒng)結構(gòu)

依(yī)照並網運(yùn)行(háng)方式(shì)，光(guāng)伏發電係統可(kě)分(fēn)為(wéi)有逆流(liú)並(bìng)網，無逆流並網(wǎng)和切(qiē)換型(xíng)並網(wǎng)三種形(xíng)式(shì)。並網光伏發電係統(tǒng)直(zhí)接(jiē)與電(diàn)網連接(jiē)，不(bù)需要儲(chǔ)能(néng)電池(chí)，節約了占地麵積，大大(dà)降(jiàng)低(dī)了配(pèi)置成本，負(fù)荷(hé)功率缺額(é)由(yóu)電網(wǎng)補(bǔ)充。因此，並網光伏(fú)發電(diàn)係(xì)統(tǒng)是(shì)太陽(yáng)能發電主要發展方(fāng)向(xiàng)，也(yě)是現階段具潛(qián)力的(dí)新能源發(fā)電方式(shì)。

3並網光伏(fú)發電對(duì)電網電能質量(liáng)的影(yǐng)響

光伏發電作(zuò)為新(xīn)興能源(yuán)發電的一種，光照，溫度(dù)等外部條件隨(suí)機(jī)性(xìng)，波動性，間歇性(xìng)的變化是光伏發電對(duì)電(diàn)網(wǎng)產生影響的(dí)主(zhǔ)要因素。其中DC-AC逆變器是(shì)並(bìng)網光伏發(fā)電係統主(zhǔ)要(yào)的(dí)器(qì)件(jiàn)之一，光(guāng)伏逆(nì)變(biàn)器(qì)質量(liáng)的優劣在一定程度(dù)上決(jué)定光(guāng)伏發(fā)電的(dí)電能(néng)質量(liáng)能否達(dá)到(dào)並(bìng)網要求。光伏發電並(bìng)網運行時(shí)會(huì)產生(shēng)諧(xié)波，電壓波動和閃變，直流注入(rù)，孤島(dǎo)效(xiào)應等(děng)問(wèn)題(tí)，使電(diàn)網(wǎng)電能質(zhì)量下降(jiàng)，對電(diàn)網(wǎng)造成(chéng)不(bù)利影(yǐng)響，嚴重(zhòng)時(shí)會於擾供(gōng)用(yòng)電(diàn)係(xì)統(tǒng)及(jí)光伏發(fā)電設備自身的安(ān)全穩定運(yùn)行(háng)。

3.1諧波(bō)影(yǐng)響(xiǎng)

光(guāng)伏(fú)發電是通(tōng)過(guò)光(guāng)伏組(zǔ)件(jiàn)將太(tài)陽(yáng)能轉化為(wéi)直流(liú)電(diàn)，再經過並網(wǎng)型逆變器將直(zhí)流電變換(huàn)成交(jiāo)流電實(shí)現並網。在光伏發(fā)電(diàn)係統中，逆變(biàn)器是產(chǎn)生諧波(bō)的主要(yào)設備(bèi)。並網(wǎng)逆(nì)變器(qì)內(nèi)部(bù)電(diàn)力(lì)電(diàn)子(zǐ)元件的(dí)大(dà)量(liáng)應用(yòng)，提(tí)升了係統的信息(xī)化和智能化(huà)處(chǔ)理(lǐ)，但也(yě)增加(jiā)了大量的非綫性負載，造成(chéng)波形失真(zhēn)，給(gěi)係(xì)統(tǒng)帶(dài)來大(dà)量諧波(bō)。逆變器開(kāi)關切換(huàn)速度(dù)的延(yán)遲，也(yě)會影響電網係(xì)統內(nèi)部(bù)整(zhěng)體動態(tài)性能的(dí)輸出，產(chǎn)生(shēng)小(xiǎo)範圍的諧波(bō)。如(rú)果在天氣(qì)(輻照度(dù)，溫(wēn)度(dù))變(biàn)化較(jiào)大的(dí)情(qíng)況下，諧(xié)波的(dí)波動範圍(wéi)也(yě)會隨之變大。盡管(guǎn)單(dān)台並網(wǎng)逆(nì)變器輸出電流(liú)諧波較小，但是多台(tái)並網逆變器並(bìng)聯(lián)後輸(shū)出電(diàn)流(liú)的諧波會產生疊(dié)加，從(cóng)而形成(chéng)輸(shū)出(chū)電流(liú)諧波超(chāo)標(biāo)現(xiàn)象(xiàng)。此外，逆變(biàn)器並(bìng)聯容易(yì)產生並聯(lián)諧振，進(jìn)而導致(zhì)耦合諧振現(xiàn)象(xiàng)，造成特(tè)定(dìng)次並網諧(xié)波(bō)電(diàn)流擴大，產生並(bìng)網(wǎng)電流諧(xié)波含量超標問(wèn)題(tí)。

針(zhēn)對光伏(fú)接(jiē)入後的電能質(zhì)量問題，提(tí)出(chū)抑(yì)製諧(xié)波的有(yǒu)效(xiào)方法(fǎ)：1)從諧波產生的(dí)源頭入手，對(duì)諧波(bō)源(yuán)進(jìn)行(háng)改造，減(jiǎn)少諧波(bō)注入。2)裝置有源或無(wú)源濾波器(qì)，以(yǐ)吸(xī)收(shōu)某些特(tè)定次數(shù)的諧波電(diàn)流(liú)。3)裝設(shè)附加的(dí)諧(xié)波補(bǔ)償裝(zhuāng)置。

3.2電壓(yā)波動和(hé)閃(shǎn)變(biàn)

在(zài)傳統(tǒng)配(pèi)電(diàn)網中，有(yǒu)功功率，無功功(gōng)率隨時間變化(huà)才會引起係(xì)統(tǒng)電壓(yā)波動(dòng)。而對於(yú)光伏(fú)發(fā)電而(ér)言(yán)，光伏(fú)發電(diàn)係(xì)統有功功率的變化是引(yǐn)起接(jiē)入(rù)點電(diàn)壓波(bō)動和閃變(biàn)的主要因(yīn)素。光伏(fú)發(fā)電係(xì)統(tǒng)核心(xīn)部(bù)件光(guāng)伏電池板的(dí)大功率(shuài)點與輻照(zhào)強度(dù)，天氣，季節，溫(wēn)度(dù)等(děng)因(yīn)素(sù)密切(qiē)相(xiāng)關(guān)，這(zhè)些(xiē)自然因素的隨機變化引(yǐn)起(qǐ)輸(shū)出(chū)功率變(biàn)化較大，致使(shǐ)負(fù)載功(gōng)率(shuài)在一(yī)定範圍(wéi)內(nèi)變(biàn)化(huà)頻(pín)繁，從而引(yǐn)起並(bìng)網(wǎng)用(yòng)戶(hù)負載端電壓波(bō)動和(hé)閃變(biàn)。

目(mù)前(qián)針對光(guāng)伏(fú)電壓(yā)波動和閃變問題(tí)的(dí)解決方(fāng)法主(zhǔ)要(yào)有：1)優化(huà)光伏並網(wǎng)逆變器控(kòng)製(zhì)策略(lüè)，提(tí)高(gāo)電(diàn)壓的(dí)穩(wěn)定性；2)加大(dà)變(biàn)電站母(mǔ)綫短(duǎn)路(lù)容量；3)在光伏電站(zhàn)容量確定(dìng)的情(qíng)況下，提(tí)高其功(gōng)率(shuài)因數(shù)，以(yǐ)增加有功功(gōng)率(shuài)總(zǒng)量(liáng)，從而降低無功(gōng)功率變(biàn)化量，滿(mǎn)足電壓波動的(dí)限(xiàn)值(zhí)要(yào)求(qiú)。

3.3直(zhí)流注入(rù)問(wèn)題(tí)

並網(wǎng)光伏(fú)發電係(xì)統(tǒng)中(zhōng)另(lìng)一亟待(dài)解(jiě)決(jué)的關鍵問題(tí)：直(zhí)流(liú)注入(rù)。直流(liú)注(zhù)入影(yǐng)響(xiǎng)了電網電能(néng)質量(liáng)，同時也(yě)給(gěi)電(diàn)網(wǎng)中(zhōng)的其(qí)他設備(bèi)帶來不利影(yǐng)響。IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000明(míng)確規(guī)定，並網發電(diàn)裝(zhuāng)置(zhì)向電(diàn)網(wǎng)注入(rù)的直(zhí)流電流分量不能超過裝(zhuāng)置(zhì)額(é)定電流的0.5%。直(zhí)流注(zhù)入(rù)產生的主(zhǔ)要原(yuán)因有(yǒu)：1)電力電子器件自身分(fēn)散(sàn)性及驅動(dòng)電路(lù)不(bù)一致不對稱等；2)大(dà)功(gōng)率(shuài)控製(zhì)器內(nèi)部(bù)測(cè)量器件存(cún)在的零點(diǎn)漂移和非(fēi)綫(xiàn)性(xìng)；3)各開關器件綫(xiàn)路(lù)阻抗的不(bù)對稱，寄生參數和寄生(shēng)電磁場的影(yǐng)響等(děng)。

目前(qián)抑製(zhì)直流(liú)注入(rù)的(dí)主(zhǔ)要(yào)方(fāng)法(fǎ)包括：1)檢(jiǎn)測補(bǔ)償法；2)優(yōu)化設(shè)計逆(nì)變(biàn)器並(bìng)網結構；3)電(diàn)容(róng)隔直(zhí)；4)虛(xū)擬電(diàn)容法；5)裝(zhuāng)置隔(gé)離(lí)變(biàn)壓器(qì)等。

3.4孤島(dǎo)效(xiào)應(yīng)的影(yǐng)響

孤島效應是指(zhǐ)由(yóu)於(yú)人為因(yīn)素(sù)或自然(rán)因素(sù)造成(chéng)電(diàn)網(wǎng)中(zhōng)斷(duàn)供(gōng)電，但各個並(bìng)網光伏發電(diàn)係統沒(méi)能及時(shí)檢測(cè)出電(diàn)網停電(diàn)狀態(tài)，從而光伏發電係(xì)統(tǒng)與其相連的(dí)負(fù)載仍獨(dú)立運(yùn)行的(dí)現(xiàn)象(xiàng)。隨(suí)著(zhuó)並(bìng)網光伏(fú)發(fā)電接(jiē)入滲(shèn)透率的不(bù)斷擴大(dà)，孤(gū)島效(xiào)應發生(shēng)的幾率也逐(zhú)漸增(zēng)加(jiā)。孤島效應(yīng)的(dí)形(xíng)成對(duì)整(zhěng)個配電網電(diàn)能質(zhì)量(liáng)造(zào)成(chéng)不利(lì)影響，主要包(bāo)括：1)在孤島(dǎo)效應發生(shēng)位(wèi)置(zhì)，其電壓(yā)和頻(pín)率(shuài)波動(dòng)性較大(dà)，降(jiàng)低了電(diàn)能(néng)質(zhì)量，且孤島中(zhōng)的電(diàn)壓(yā)和頻率不受電網(wǎng)控製(zhì)，可能會造(zào)成係統電氣設備損(sǔn)壞和重合(hé)閘故障(zhàng)等，同時可能會(huì)對電(diàn)網(wǎng)維修(xiū)人員造成(chéng)個(gè)人安全隱患。2)在(zài)供(gōng)電(diàn)恢復過程(chéng)中(zhōng)，由於電(diàn)壓(yā)相位之間不同(tóng)步將(jiāng)會(huì)產生(shēng)浪(làng)湧電流，有可能導致(zhì)電網(wǎng)波形瞬間下跌。3)光伏發(fā)電係統出(chū)現孤(gū)島(dǎo)效應之後，如(rú)果原供電模式為(wéi)單相(xiāng)供(gōng)電(diàn)模式(shì)，有可能(néng)使配(pèi)電網發(fā)生三(sān)相負(fù)荷(hé)不對稱(chēng)的問題(tí)，進而降低(dī)其餘用(yòng)戶(hù)的用(yòng)電整體(tǐ)質(zhì)量(liáng)。4)當(dāng)配電網(wǎng)切換(huàn)至(zhì)孤島方式，僅僅依靠(kào)光(guāng)伏發(fā)電係統(tǒng)供應(yīng)電能(néng)，若(ruò)該供電係(xì)統容量太小或(huò)未安裝儲能裝置，均有可(kě)能(néng)造成用戶負(fù)荷出現電壓不穩(wěn)定(dìng)和閃(shǎn)變(biàn)問(wèn)題(tí)。

針(zhēn)對孤島(dǎo)效應產生(shēng)的(dí)影響(xiǎng)，主要有(yǒu)以(yǐ)下(xià)解決(jué)方(fāng)法：

1. 優化(huà)並(bìng)網(wǎng)光(guāng)伏發電(diàn)係統孤島(dǎo)檢測方(fāng)法，分析(xī)光伏發電對(duì)配電(diàn)網故障電流大小，方向及(jí)分(fēn)布(bù)的(dí)影響(xiǎng)，提(tí)高故(gù)障(zhàng)情(qíng)況(kuàng)下負(fù)荷切除(chú)速(sù)度和(hé)孤島劃(huá)分(fēn)的(dí)選擇技(jì)術(shù)。

2)提高(gāo)孤島檢(jiǎn)測(cè)技術的(dí)可靠(kào)性，配置快速有效的(dí)反(fǎn)孤(gū)島保(bǎo)護(hù)功能(néng)，在(zài)異常情況下(xià)準確(què)判(pàn)斷孤(gū)島狀態並迅速有(yǒu)效(xiào)中(zhōng)斷(duàn)並(bìng)網(wǎng)。

4安(ān)科瑞(ruì)的(dí)解(jiě)決方(fāng)案

4.1電能(néng)質(zhì)量在綫監(jiān)測

APView500 電(diàn)能(néng)質(zhì)量在綫監(jiān)測裝置采用(yòng)了高(gāo)性能多核平台(tái)和嵌入式(shì)操作(zuò)係(xì)統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測試和測量(liáng)技術(shù)-電能質(zhì)量(liáng)測量方法(fǎ)》中(zhōng)規定(dìng)的各電能質量(liáng)指標(biāo)的測量方法進(jìn)行(háng)測量，集諧波分析(xī)，波形采樣，電(diàn)壓(yā)暫降(jiàng)/暫升(shēng)/中斷，閃(shǎn)變(biàn)監測，電(diàn)壓不(bù)平(píng)衡度監(jiān)測，事件記錄，測(cè)量控製等(děng)功能(néng)為一(yī)體(tǐ)。裝(zhuāng)置在電(diàn)能(néng)質量指標參(cān)數(shù)測(cè)量(liáng)方法(fǎ)的(dí)標(biāo)準化(huà)和(hé)指標參數(shù)的(dí)測(cè)量精(jīng)度(dù)以及時(shí)鐘同(tóng)步(bù)，事(shì)件(jiàn)標記(jì)功能等各個方(fāng)麵(miàn)均達到了(liǎo) IEC61000-4-30 A 級(jí)標準，能夠滿(mǎn)足 110kV 及以下供(gōng)電係統電(diàn)能質量(liáng)監測(cè)的要求。

4.2防(fáng)孤島保(bǎo)護(hù)裝置(zhì)

防孤(gū)島(dǎo)保護裝置檢(jiǎn)測(cè)到並網點有逆(nì)功(gōng)率(shuài)，頻(pín)率突變(biàn)， 等異(yì)常數據時，即發(fā)生孤島(dǎo)現(xiàn)象時(shí)，裝置可(kě)配合(hé)斷(duàn)路器快(kuài)速切除(chú)並網(wǎng)點(diǎn)，使(shǐ)本(běn)站(zhàn)與(yǔ)電(diàn)網側快速脫離(lí)，保證(zhèng)整(zhěng)個(gè)電(diàn)站和相(xiāng)關維(wéi)護人(rén)員(yuán)的(dí)生命安全(quán)。

4.3產品(pǐn)介紹

5結束語(yǔ)

隨著我國(guó)光(guāng)伏(fú)發(fā)電(diàn)產業的快(kuài)速發(fā)展(zhǎn)，並(bìng)網光(guāng) 伏裝機容量和(hé)數量的(dí)不(bù)斷(duàn)增加(jiā)，致(zhì)使(shǐ)電(diàn)網(wǎng)電能(néng)質(zhì) 量受(shòu)到很大影響。因(yīn)此，研究並(bìng)網光(guāng)伏發電對電網電(diàn)能(néng)質量(liáng)的影(yǐng)響非常必要(yào)。本(běn)文(wén)分析了(liǎo)光(guāng)伏發電的工作(zuò)基本原理和結(jié)構特(tè)點，闡(chǎn)述了(liǎo)並網(wǎng)光(guāng)伏(fú)發電中諧波，電壓波(bō)動和(hé)閃(shǎn)變(biàn)，直(zhí)流注入(rù)，孤(gū)島(dǎo)效應產(chǎn)生的原(yuán)因，提出了改(gǎi)善(shàn)電(diàn)能質(zhì)量(liáng)的(dí)可行性措施，對於(yú)進一(yī)步提高(gāo)光(guāng)伏(fú)發電(diàn)電能(néng)質量(liáng)具有一定(dìng)的借(jiè)鑒意(yì)義。

參(cān)考(kǎo)文(wén)獻(xiàn)

1. 李海龍,黃紅兵,譚(tán)曉東.並(bìng)網(wǎng)光(guāng)伏(fú)發電對電(diàn)網電(diàn)能質量(liáng)的影響分析[J].電氣(qì)技(jì)術與經(jīng)濟,2019:73-75.

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