分布式光伏發電質量分析

王鏡植，劉 姿

（鄭州大學 物理工程學院，河南 鄭州 450000）

1 分布式光伏發電技術

分布式光伏發電技術是指在用電場地附近安裝的容量較小的自發電、自用電、余電并網的系統，其滿足就近發電、就近使用、就近轉換、就近并網的原則，具有輸出功率小、位置選取靈活、自行控制、安全性高、余電并網可獲收益和緩解局部地區用電緊張等幾個特點。光伏發電系統的設備組成包括光伏電池組件、蓄電池、充/放電控制器、并網逆變器、交流配電柜、供電系統監測裝置和環境監測裝置。其工作模式是光伏電池組件將太陽能轉換成電能，直接供給本地直流負載或經逆變器轉換供給本地交流負載，亦或將電能匯集于蓄電池，或控制余電匯入電網。

2 電能質量指標

為了保證電力系統的電能質量符合要求，國家制定了一系列標準規定。光伏發電并網的電能質量指標主要依據國家電網公司的《光伏電站接入電網技術規定》。其中，供電電壓偏差應滿足GB/T 12325—2008的規定，電力系統頻率偏差應滿足GB/T 15945—2008的規定，三相電壓不平衡應滿足GB/T 15543—2008的規定，電壓波動和閃變應滿足GB/T 12323—2008的規定，暫時過電壓和瞬態過電壓應滿足GB/T 18481—2001的規定。

3 分布式光伏并網的影響

分布式光伏并網對電能質量的影響主要有諧波污染、電壓偏差、直流偏置等問題。另外，除了影響電能質量外，還有可能產生孤島效應，帶來一系列危害。

3.1 諧波污染

在光伏發電并網逆變的過程中，光伏逆變器在運行中同一橋臂的上、下兩個功率開關器件的導通和關斷要錯開一定的時間，即死區時間，這種非線性的工作模式導致在并網時引入了諧波。

諧波的危害：①輸電線路的電阻會受到電流頻率的影響，且與頻率成正比。輸電線路中由于大量諧波的存在加之集膚效應的擴張與放大，使電路耗損增加，這是電力輸送過程中電能損耗較為嚴重的因素。②電力系統的繼電保護裝置高度靈敏，其正常工作時各項指標量的確定是以電網基波的量設定的，諧波的各項指標不同于基波，因此繼電保護裝置對諧波十分敏感，諧波的存在會導致繼電器誤動，影響電力系統的正常供電。③諧波會導致變壓器線圈異常發熱，嚴重時會導致變壓器燒毀，造成局部區域停電。④我國普通居民家用的電能計量儀表（電表）均是以工頻50 Hz標準正弦波的參數設計的，而與工頻不一致的電力諧波導致電表的工作處于非正常狀態，對居民用電計量產生較大誤差，可能導致普通居民經濟受損。

諧波的治理：目前，最常用的分布式光伏發電并網諧波的治理方法有安裝有源濾波器和無源濾波器兩種。無源濾波器的優點是結構簡單、性能可靠、成本極低，是許多大型諧波產生戶的首選，但是濾波效果不好；有源濾波器的濾波效果很好，但是工藝復雜，制作成本高。

3.2 電壓偏差

分布式光伏的存在改變了電網的拓撲結構，影響電壓潮流的方向，導致光伏并網點電壓升高，偏離了電壓的正常值。電壓偏差危害：①電壓偏差對感應電動機有嚴重的影響。當電壓偏大時，電動機因電壓偏大而鐵損增大，溫度升高；當電壓偏小時，電動機銅損增大，溫度升高。當電壓偏差較大時，電動機便無法工作在其額定電壓下，導致電機異常發熱，縮短電動機的使用壽命。②照明設備的發光效率受電壓的影響，電壓降低會引起照明設備的效率降低，當電壓過低時，會導致氣體放電光源的照明器不能正常點燃，影響照明設備的正常工作。③電壓偏差還會影響精密儀器的精確控制。

電壓偏差的應對：配電變壓器分散設置到用戶中心，選擇適合的導線，設置無功補償裝置等。

3.3 直流偏置

在光伏發電并網系統中，造成逆變器輸出電壓中存在直流電流的原因是運算放大器零點漂移及驅動電路不一致等。

直流偏置的危害：并網時直流分量匯入電網，影響變壓器的安全運行，還有可能引起危害很大的偶次諧波電流，造成電流不對稱，損壞負載。

3.4 孤島效應

對于包含分布式發電系統的微電網，當其主網故障或者其他原因停電時未能及時檢測出主網狀態的變化而將自身與主網分離，形成了一個主電網無法控制的由分布式發電系統單獨供電的孤立的電網，稱為“孤島”。

孤島效應的危害：①如果分布式電源的容量與負載容量不匹配，則孤島內電壓、頻率會發生變化，降低電能質量，可能損壞用戶的電力設備；②非計劃孤島由于孤島范圍的不可知性，無法確定故障線路是否帶電，這會給電力維修人員的生命安全帶來極大威脅；③孤島形成后，分布式電源會繼續向跳閘線路的另一端供電，導致重合閘失敗；④孤島電壓相量對與主網產生漂移，當電網恢復時，可能會干擾重合閘。

孤島效應的應對：應對方法主要有被動式孤島檢測法和主動式孤島檢測法。被動式檢測法通過檢測電壓、頻率、相位或諧波的變化進行孤島檢測；主動式檢測法是通過在光伏逆變器控制的信號中加入一個很小的干擾信號，使之對逆變器輸出的電壓、頻率或者功率產生微小的擾動，在并網運行時，由于受到主電網的制約，干擾信號的作用非常小，當孤島產生時，干擾信號的作用就比較明顯了，通過檢測公共耦合點的響應來判斷是否產生孤島。

4 結束語

隨著傳統能源的不斷消耗，環境問題會越來越嚴重，充分利用太陽能必將成為世界各國的首選。目前，雖然分布式發電并網技術還存在一定的問題，但是科學的不斷發展一定會解決這些問題，使分布式光伏發電技術改變現有的能源結構，造福全人類。

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