光伏發電項目電能質量評估分析

文紅

摘 要：本文根據相關標準對廣東某光伏發電站的電能質量進行評估分析，針對電能質量問題提出合理的治理方案，使電能質量符合相關標準規定。

關鍵詞：光伏發電；電能質量評估；項目概況

中圖分類號：TK514；TM615 文獻標志碼：A

0 引言

光伏電站所發電力可能會產生一系列電能質量問題，本文利用仿真軟件對光伏電站所接電網電能質量的干擾程度進行評估分析，與國家標準規定值進行對比，如存在問題，則提出相關解決方案。

1 項目概況

光伏發電項目接入系統示意圖如圖1所示。

1.1 電能質量考核點

光伏發電項目接入的A站110kV1M母線為光伏接入系統的公共連接點（用戶接入公用電網的連接處，Point of Common Coupling，即PCC），即為電能質量考核點。

根據A站110kV1M母線小方式下短路電流計算，PCC點的最小短路容量為SSCA站110kV=853.94MVA。按以上短路容量可計算光伏公共連接點的電能質量限值。

1.2 仿真分析網絡

無功及電壓偏差部分采用PSD電力系統分析軟件。三相不平衡潮流及諧波分析采用電力系統仿真軟件ETAP。主要計算條件如下：（1）系統等值機：1臺。（2）110kV輸電線路：1回。（3）10kV輸電線路：3回。（4）等值負荷：4組。（5）光伏組件模型（含諧波源）：34組。

2 電能質量指標限值

國家電能質量標準有關規定要求：評估各項電能指標時需考慮供電系統最小運行方式。在最小運行方式下，公共連接點的短路容量越小，干擾源產生的影響越大，公共連接點的各項電能質量指標越不容易達標。

2.1 電壓偏差

根據《電能質量 供電電壓偏差》（GB12325—2008）以及《廣東電網有限責任公司配電網規劃技術指導原則》，正常運行時光伏電站110kV并網點電壓的允許偏差為額定電壓的-3%～7%。

2.2 諧波

2.2.1 諧波電壓。國標規定的公用電網諧波電壓（相電壓）限值見表1，母線的諧波電壓應小于表中所列出的數值。

2.2.2 諧波電流。當實際PCC點的最小短路容量Sk1不同于國標假定基準最小短路容量Sk2時，應按照國標（GB/T 14549—93）附錄B和C進行換算。根據實際PCC供電設備容量，光伏的出力容量，換算結果見表2。110kV電壓等級電壓總諧波畸變率限值為2%。

2.3 電壓波動和閃變

根據標準《電能質量-電壓波動和閃變》（GB 12326—2008），電力系統公共連接點，由波動負荷產生的電壓變動限值和變動頻率、電壓等級有關。電壓波動和閃變不應超過國標中所列限值。根據GB/T 12326—2008標準規定，當變電站110kV 母線為電能質量考核點時，由沖擊負荷所引起的電壓波動應小于2.5%，閃變值Plt 應不超過1.0。用戶閃變限值的計算如國標5.2.3章節。

2.4 三相電壓不平衡度

執行標準：GB/T15543—2008《電能質量-三相電壓不平衡》。

2.5 功率因數

根據《廣東電網公司電力系統電壓質量和無功電力管理辦法》，本期光伏并網點的功率因數考核值應不低于0.95。

3 電能質量指標計算結果分析

3.1 系統無功電壓

A站負荷按最大考慮，當光伏出力分別為30%、50%、75%和100%時，A站110kV側功率因數分別為0.92、0.9、0.84、0.72。根據仿真結果可知，在光伏不同出力情況下，在光伏電站低壓側安裝動態無功補償裝置（SVG），需要補償的無功容量范圍為400kvar～11500 kvar，可以將A站110kV側功率因數補償至0.95，滿足要求。

3.2 電壓偏差

通過對光伏電站系統潮流分析計算，得出當光伏電站不同出力時，電壓偏差在-1.2%～0%，光伏對A站110kV母線電壓的影響在允許電壓偏差限值-3%～+7%以內，滿足電壓偏差要求。

3.3 諧波

光伏電站采用SPI630K-B逆變器，根據逆變器諧波頻譜，同時考慮站用電和輔助用電負荷綜合模型，對光伏電站供用電網絡進行計算。電流頻譜特征如圖2所示。

根據考核點的諧波電流評估結果，分別分析光伏在100%、75%、50%和30%額定出力工況下，A站110kV母線的諧波電流狀況。從仿真結果可知，逆變器5次諧波電流較大，但即使在光伏電站出力100%時，5次諧波電流最大值為1A，未超過限值2.1A。其余各次諧波電流均未超標。

根據考核點的諧波電壓評估結果，分別分析光伏在100%和30%額定出力工況下，A站110kV母線的諧波電壓狀況。從仿真結果可知，其他各方式下諧波電壓畸變率均小于滿發時的電壓畸變率，各次諧波電壓含有率均未超過限值，諧波電壓波形總畸變率為0.15%，小于2%的國標限值。

3.4 電壓波動和閃變

根據光伏發電曲線可知，最大波動幅度約為額定出力的70%。根據ETAP仿真計算光伏電站分別在100%額定出力和30%額定出力時，得出A站110kV母線的無功功率變化量。經計算，考核點的電壓波動值為0.53%，不超過2.5%的限值；考核點的長時間閃變值為0.1，不超過1的限值。

3.5 三相電壓不平衡度

根據ETAP仿真計算結果，得到光伏電站在PCC點產生的最大負序電壓不平衡度為0.79%，小于國標規定的1.3%的限值。

結語

考慮在投產前需安裝動態無功補償裝置，以提高PCC的功率因數，治理光伏電站接入電網帶來的電能質量問題，推薦以下治理方案。推薦安裝一套容量為±10Mvar的動態無功補償裝置SVG，以調整PCC功率因數。本項目在2017年已建成投產，接入電網后，電網的電能質量情況良好。

參考文獻

[1]唐瑞，李曉輝，曹英麗，等.用戶光伏發電電能質量檢測與分析[J].電網與清潔能源，2016，32（5）：94-99.