并網光伏發電對電網電能質量的影響

摘要：全球化石能源日益消耗，能源供給狀況日趨緊張，世界各國不得不加緊尋找替代能源和大力開發節能技術。而儲量豐富、清潔的太陽能，無疑是化石能源理想的可持續替代能源;光伏發電作為太陽能的主要利用途徑，能夠有效緩解化石能源供給緊張的現狀。光伏發電系統并入常規電網，與之共同承擔發供電任務，即形成并網光伏發電系統。相對于獨立光伏發電，擁有諸多優點的并網光伏發電，受到了各國極力地推崇和大力地發展。

關鍵詞：光伏發電;并網;電能質量

一、并網光伏發電的結構和分類

并網光伏發電系統S爵由太陽電池板（組件）、最大功率跟蹤（MPFT）控制器、DC-AC逆變器幾部分組成，采用絕緣柵雙極晶體管（IG-BT）作為光伏逆變器的開關元件。太陽能電池輸出的直流電經過DC-DC變換器將電壓辱級升高再通過DC-AC逆變器將重流電變換為與電網電壓幅値、頻率、相像相同的交流電，以實現并入電網或給交流負載供電，光伏發電系統結構如圖1所示。

依照并網運行方式，光伏發電系統可分為有逆流并網、無逆流并網和切換型并網三種形式a并網光伏發電系統直接與電網連接，不需要儲能電池，節約了占地面積，太大降低了配置成本，負荷功率、缺額由電網補充P因此，并網光伏發電系統是太陽能發電主要發展方向，也是現階段最具潛力的新能源發電方式。

二、最大功率點跟蹤技術對電能質量的影響（MPPT）

光伏陣列的輸出具有高度非線性特征，并且受到光照強度、溫度以及負載狀況的影響。在一定的光照強度和環境溫度下，只有唯一的電壓值對應著光伏陣列的最大輸出功率。因此，不斷地根據光照強度、溫度等外部環境因素的變化來調整光伏陣列的工作點，使之始終處于最大功率點的技術稱為最大功率點跟蹤技術，就是把太陽能光伏陣列輸出功率穩定在其可輸出的最大值Pm處。

兩級式并網光伏發電的拓撲結構，第一級即變換器和最大功率跟蹤算法一起接入到光伏發電控制系統中實現整個并網光伏發電系統的最大功率點跟蹤。DC-DC變換器通過控制電力電子功率開關器件的通斷，改變功率開關的占空比來調整輸出電壓平均值的方式改變直流電的幅值。應用在太陽能光伏發電系統中的電壓-電壓型DC-DC變換電路主要有：降壓式（Buck）、升壓式（Boost）、升降壓式（Buck-Boost）、庫克式（Cuk）。無論采用哪種方式都要通過采用改變功率開關管的占空比的方法來實現光伏陣列最大功率點的跟蹤。所以電路的參數與控制占空比的算法都會對系統輸出電能質量產生影響。濾波電感主要是影響并網光伏發電系統環節的輸出電壓。電容取值不變時，隨著電感的取值減小，光伏陣列輸出電壓則由振蕩啟動轉變為非振蕩啟動，減小了電壓跟隨設定值的速度，增加了達到穩態的時間，且振蕩峰值也隨著電感的減小而增大。但當電感值小于理論上的最小值時，就會產生使輸出電壓引起輸出紋波電流過大、并網諧波增加等等問題。電容的取值則主要影響光伏陣列輸出電壓啟動過程的調節時間以及穩態電壓波動的幅度，不影響輸出電壓的幅值。電容取值越大，輸出電壓波動幅度就越小，這樣，有利于并網光伏發電系統逆變電路直流母線電壓的穩定;但電容取值增大會使得啟動的振蕩過程變久而降低電壓的跟隨速度，同樣當電容值小于理論上的最小值時，穩態輸出電壓就會出現高頻率、大幅度的波動，這將會嚴重影響電能質量。

最常見的最大功率跟蹤算法主要有三種：恒電壓跟蹤法、擾動觀察法以及電導增量法。恒電壓跟蹤法是把光伏陣列輸出電壓始終控制在某一設定值來達到最大功率跟蹤。可以保證比較好的電能質量輸出。但在外界環境變化的時候，恒電壓法適應性很差，會造成光伏陣列輸出功率的損失，甚至光伏陣列輸出電壓低于設定值，使輸出功率為零，嚴重降低光伏電池的利用率，引起整個電網功率缺額，從而影響并網的電能質量。

三、并網逆變器對電能質量影響因素分析

并網光伏發電系統的主要功能為將太陽能光伏陣列所產生的直流電直接轉換成與電網電壓同頻、同相的交流電，其控制方式如同一個與電網電壓同步的電流控制型PWM逆變器。為了降低送入電網的電流對電網產生的電流諧波，因此送入電網的電流波形總諧波畸變率應越低越好。控制目標為輸出功率因數為1。

逆變器按輸出控制方式也分為電壓控制與電流控制兩種。若采用L型并網逆變器，則逆變電路對并網電能質量產生影響的元件參數主要有直流側電容、濾波電感。電容取值若太小則會增大電壓波動，降低并網電流跟蹤效果;電容取值若過大又會降低動態響應速度，而且會增加電容造價和物理體積。從濾波電感決定逆變電路低頻輸出阻抗來說，取值應盡量小，但這樣會增大電路諧波電流。濾波電感越大，THD值越小，即并網的諧波電流越小。另外，光伏并網控制環節也是影響并網光伏發電系統電能質量的重要因素，不同的電流跟蹤控制方式直接關系到逆變器輸出電流的波形質量。以滯環電流比較控制為例，其中的滯環寬度與開關頻率都直接影響并網輸出電流的電能質量。環寬太大會降低并網電流的跟蹤精度，電流THD值增大;環寬取值太小又會使開關頻率過高，而開關頻率的波動性過大會造成并網電流頻譜較寬，這樣會加大濾波電路的設計難度，同時增加并網電流諧波。

四、結束語

隨著我國光伏發電產業的快速發展，并網光伏裝機容量和數量的不斷增加，致使電網電能質量受到很大影響。因此，研究并網光伏發電對電網電能質量的影響非常必要。本文分析了光伏發電的工作基本原理和結構特點，闡述了并網光伏發電中諧波、電壓波動和閃變、直流注人、孤島效應產生的原因，提出了改善電能質量的可行性措施，對于進一步提尚光伏發電電能質量具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

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[2]王長貴并網光伏發電系統綜述（上）[J]太陽能，2008（2）

[3]楊魯發光伏并網發電系統和孤島檢測技術的研究與實現[D]華北電力大學碩士學位論文2009

作者介紹：

劉文平（1991.2.22-）;性別：男;籍貫：湖北荊州;民族：漢;學歷：碩士研究生; 研究方向： 新能源與電能質量控制;單位名稱：廣東電網有限責任公司中山供電局。