淺談分布式光伏用戶側并網處電能質量管理

摘 要：分布式光伏的接入給電網的系統規劃、電能質量、繼電保護等方面帶來諸多問題。文章主要從電能質量的角度，分析了分布式光伏發電的用戶側并網產生的電能質量問題及目前常用的改善和管理方法。探討在智能電網構架下，分布式光伏發電并網電能質量的研究方向。

關鍵詞：分布式；光伏；并網；電能質量

隨著社會的發展和科技的進步，人們對電力的需求也日益增大，而傳統能源短缺和對環境保護的迫切要求使電力系統在擴大完善原有的大電網集中供電的同時，更應該不斷開發利用新能源，加強可再生能源的利用，形成大電網與分布式電網相結合的新型供電模式。這種模式符合可持續發展道路。相對于傳統石化能源，新能源普遍具有污染少、儲量大的特點，對于解決當今世界嚴重的環境污染和資源枯竭難題具有重要意義。而對石油、煤礦等傳統能源將加速減少的趨勢，核能、風能、太陽能等新能源將成為重要能源。目前，就分布式光伏發電技術運用并成功并網運行的項目越來越多。然而，盡管分布式光伏發電技術有諸多優點，但接入大電網運行后給電能質量和電能調度運行帶來了諸多影響。

1 分布式光伏電源對電網電能質量的影響

目前分布式光伏發電運行方式較多的是與公用電網并網運行，中小型光伏電站多數利用建筑屋頂來建設，就近接入安裝地原有配電網實現并網運行，這樣就相當于在原有配電網另一端接了一個小電源，形成市電與光伏電源并列為負荷供電的供電形式。分布式光伏系統并網所產生的電能質量問題主要包括諧波、電壓波動、閃變等，影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。

由于光伏發電受天氣、環境溫度、安裝位置、傾角和朝向等因素影響，輸出功率會有所變化，變化率最大時甚至超過額定裝機的10%，因此產生了發電量的不穩定問題，會影響對饋入電網的諧波。光伏并網的關鍵設備逆變器的質量與光伏發電饋入電網的電能質量也密切相關。目前，為最大利用逆變器容量和使其得到最大發電量，廠家會將并網逆變器的功率因數設定在一個較高的數值，如0.99。經驗表明，逆變器長時間高功率因數運行會對電網穩定造成威脅；在當逆變器輸出輕載時，諧波會明顯變大，在10%額定輸出以下時，輸出電流的總諧波畸變率甚至會達到20%或更高。

分布式光伏系統并網對電壓波動的影響要看具體情況，當分布式光伏與負荷協調運行（負荷與光伏發電量保持同步變化）時分布式光伏將對電壓波動超抑制作用，當分布式光伏系統與負荷不協調運行時會使并網點系統的電壓波動更加嚴重。如果并網點位置、容量和控制不合理，則會使配電網電壓的調整難度增大并使其發生波動。現實運行項目中，負荷用電與光伏發電同步變化的情況較少，反之不協調運行情況較為多。

電壓閃變和電壓波動是同時存在的。閃變是指由于電網電壓的波動，所引起的燈光閃爍對人眼視覺產生刺激的響應。它是電壓波動引起的人眼的主觀反應，是有害的。因分布式光伏系統的不穩定性，接入電網后會對電網產生電壓閃變。

雖然分布式光伏并網的引入給電力系統帶來諸多不確定性，使電能質量的一些方面進一步惡化，但是分布式光伏系統也有著改善電能質量的潛力。首先，分布式光伏并網系統能夠及時快速地提供電能從而提高接入點電網系統的穩定性。其次，用戶內部配網系統減少電壓暫降持續時間能力明顯不如逆變器形式分布式光伏電源系統，而逆變器形式公布式光伏電源系統的不同控制策略對電壓暫降抵制效果影響較大。

2 分布式光伏用戶側并網處電能質量管理

為適應大規模、高容量光伏發電系統接入電網運行，同時保證電網的安全穩定，有必要研究光伏并網發電的新技術，包括儲能技術、諧波抑制、新型并網逆變器等。就目前并網方式較多的用戶側內部配電網接入的分布式光伏電站而言，因其電量為就近生產就地消納，靠近負荷側，這樣并網電能質量直接影響著用電負荷，所以對用戶側內部配電網接入的分布式光伏電源的并網電能質量管理是非常有必要的。針對上述關于分布式光伏電源用戶側并網對電能質量影響的問題，可以有以下幾種解決之道。

通過對逆變器的調整能達到諧波抑制的目的，主要方案包括將多臺逆變器并聯運行的“群控技術”和在逆變器中使用交流濾波器的“綜合補償控制”。由于群控時對各逆變器的直流側進行并聯，提高了直流側的容量，通過協調控制可以使只有有限臺逆變器工作，可使最小數量逆變器工作在較高效率區，從而提高逆變器發電功率、降低諧波含量。而綜合補償控制是在實現有功/無功功率控制的同時，抵消產生的諧波分量。

實現分布式光伏并網電能質量治理的另一條路徑是直接改變逆變器本身，采用先進的設計技術，最大限度抑制輸出電流諧波，可采用選擇先進的拓撲結構（如L-C或L-C-L）、電感和電容參數的優化設計、控制算法和PWM驅動方式的改進、提高內部采樣精度、精準化設備運算精度等技術手段。所以，在設計過程中，設備選型時應該考慮技術過硬的產品廠商。

對于配電網的電壓調整，最重要是合理設置光伏并網的運行方式。在陽光充足時，光伏電源出力比較大，若線路輕載，光伏電源將明顯抬高并網點的系統電壓。如果并網點設置在饋電線路的末端，則末端電壓會越過上限，此時必須合理設置運行方式，如規定光伏系統必須參與調壓，吸收多余的無功。在夜間重負荷時，光伏通常無有功出力，但仍可提供無功出力，改善線路的電能質量。

3 智能電網為分布式光伏并網提供保障

智能電網是電網技術發展的必然趨勢，是社會經濟發展的必然選擇。智能電網的發展重點任務之一，就是提高用電側的智能化，通過為各種分布式電源提供靈活接入的動態平臺，為能效和用戶需求側管理提供智能化管理控制平臺等方法，解決分布式電源供電安全和可持續發展問題。我國的智能電網，可以及時便捷地采集與響應電源側和用戶側的多元化需求，促進分布式電源的良好發展。我國智能電網具備自愈技術，可快速定位故障并采取相應保護措施，快速恢復停電區域的供電，能夠滿足分布式發電接入對故障定位、隔離和恢復供電提出的挑戰。在分布式光伏電源的接入上，智能電網發揮著重要的作用，它能夠更加靈活地調配新能源入網，在保證電網安全的前提下，最大規模地利用新能源。

4 結束語

對于分布式光伏并網的電能質量，電網企業應進一步加強并網前的電能質量評估和并網調試的檢測及驗收，加快并網技術研究，制定更完善的標準及規范。對于并網引起電能質量污染的項目，提出配套建設相應治理裝置，并在并網后開展電能質量實時監測，加強并網處電能質量管理。

分布式光伏發電作為新型環保能源，在其蓬勃發展的情況下，越來越多的光伏接入電網運行，也會對電網的動態電能質量問題產生影響，需要得到廣泛關注和重視。另外，研究分布式光伏接入電網的運行特性、電能質量影響及有效的改善措施，是促進并網光伏電站進一步發展和推廣，發揮并網光伏電站功能和優勢的前提與基礎。

參考文獻

[1]分布式光伏發電接入系統典型設計[Z].國家電網，2012.

[2]Q/GDW 617-2011.光伏電站接入電網技術規定[S].國家電網，2011：663.

[3]GB/T 14594.電能質量公用電網諧波[S].

[4]GB/T 12326.電能質量電壓波動和閃變[S].

作者簡介：鄧金勇（1986-），男，浙江杭州人，學歷：本科，研究方向：光伏發電。