光伏發電系統并網電能質量分析與研究

李琳 董文靜 朱希龍 劉運好 李科翰 原忠華

摘要：以福祿克F435為監測儀器，對沈陽農業大學40 kW光伏示范點進行為期一周的電能質量監測，將所得數據導入matlab中進行處理，根據電能質量要求對其進行分析評估。對比國家電能質量標準可知，電壓偏差、電壓驟升驟降、頻率偏差及閃變等電能質量均未超限，符合國家標準。

關鍵詞：光伏發電站；福祿克435；電壓偏差；電壓驟升驟降；閃變

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）07-0016-03

太陽能是豐富的可再生能源，既可免費使用，又無需開采和運輸，且清潔無污染。太陽能光伏發電根據光生伏特效應原理，利用太陽能電池（光伏電池）將太陽能直接轉化成電能。與傳統的發電技術相比，光伏發電技術受外界環境影響較大，輸出功率存在間歇性和不確定性，且通過大量電力電子器件并入電網，給電網帶來很多新的電能質量問題。以沈陽農業大學40 kW光伏示范系統為研究對象，開展電能質量測試和評估，研究光伏電站接入電網的運行特性及對電能質量的影響，為制定全面有效的光伏電站測試評估方案積累經驗。

1 信電學院40 kW光伏系統簡介

沈陽農業大學光伏示范發電系統（見圖1）容量為40 kW，接入0.38 kV電網。光伏組建類型是普通多晶組件和雙玻組件，分為3個陣列：一是由兩組10 kW普通多晶組體20塊電池板串聯成一個組件，再由2組組件并聯到一臺10 kW三相并網逆變器；二是由10 kW雙玻組件組成，一共40塊太陽能板，每10塊太陽能板組成一組組串，每2組組串并聯到一臺5 kW雙向儲能逆變器，再由兩臺逆變器接到蓄電池上；三是10 kW雙玻組件，每一塊太陽能板接微型逆變系統，由15，15，10塊太陽能板串聯成3組組串，再并聯到一臺控制器。

選取其中10 kW三相逆變器并網組件為監測對象，監測點選取并網前公共連接點PCC處，如圖2所示。電能質量測試裝置需滿足《GB198862-2005電能質量監測設備通用要求》《光伏站接入電網測試規程》（Q/GDW618-2011），并符合IEC61000-4-30A級測試精度要求，用福祿克F435電能質量分析儀進行監測測試。

2 電能質量相關標準

2.1 供電電壓偏差

正常供電為380 V，但由于435沒有380 V的標準，所以將系統標稱電壓設為398 V。光伏電站接入電網后，應滿足《GB/T 12325-2008 電能質量供電電壓偏差》（見表1）的要求，20 kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的-7%～+7%。根據電壓偏差計算公式（1）計算所測量電壓是否超限：

式中：Ua為電壓偏差；Ub為系統標稱電壓；Uc為電壓測量值。

2.2 電壓的驟升驟降

光伏電站接入電網后，當電網工作期間供電電壓突然降低到標稱電壓Uc的90%和10%之間時，在很短時間內恢復正常的時間稱之為電壓驟降。電壓驟降的持續時間通常在10 ms～1 min之間。當電壓有效值上升至額定值的110%以上，典型值為額定值的110%～180%，稱之為電壓驟升，其持續時間為0.5個周期至1 min。

2.3 閃變

根據GB/T 12326-2008規定，電力系統公共連接點在系統正常運行方式下，以1周（168h）為測量周期，所有長時間閃變值Plt都應滿足表2要求，短時間閃變值Pst都應滿足表3的要求。

3 電能質量監測數據分析

3.1 電壓偏差分析

根據圖3所示的電壓偏差示意圖可得出電壓偏差分析結果（見表4）。

由表4可知，三相電壓AB，BC，CA的系統標稱電壓Ub都為398 V，電壓測量值Uc都在406～409 V之間。根據式（1）計算出的結果可知，電壓偏差的范圍Ua在2.1%～2.6%之間，并未超出表1中的電壓等級在20 kV及以下的依據標準（-7%～+7%），故三相電壓AB，BC，CA均未超限

3.2 電壓暫升暫降

根據圖4可以看出，以AB相為例，電壓始終處于408 V左右的狀態，并未出現降到358 V以下或者升到437 V以上的情況，參考標準過后發現并未發生暫升暫降現象。

3.3 閃變分析

利用福祿克435對閃變進行測量，測量值分析圖像如圖5所示。

根據所給標準可知，IEC規定低壓網Pst=1，中壓網Pst=0.9，高壓網Pst=0.8，而監測使用的380 V屬于低壓網，短時間閃變后的變化值為0.06～0.08（見圖5），并未超限。

長時間閃變Plt在電壓V≤110 kV時為1.0，在V>110 kV時為0.8。監測環境為380 V，為低壓環境，故長時間閃變的限值規定為1.0。

長時間閃變Plt的最大值并未超過0.07，符合國家標準未超限。

4 結論

光伏發電一直是新型發電方式的重點研究方向，而電能質量問題是影響光伏發電研究的重點之一。研究沈陽農業大學40 kW光伏系統示范點對光伏發電電能質量的影響，討論并網光伏系統的電能質量，主要包括電壓偏差、電壓驟升驟降、頻率偏差及閃變。將監測結果導入到matlab中，利用matlab轉換出的數據和圖表確定，總體電能質量并未超限，符合國家標準。光伏發電電能質量的監測可以為光伏發電系統的完善提供理論依據。

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