并網光伏發電對電網電能質量的影響分析

王營

山東昱興電力有限公司 山東東營 257000

新能源發電呈現跨越式發展，發電裝機容量達2437萬千瓦，占全省電力總裝機的19．4%。其中，風電、光伏發電裝機容量均突破千萬千瓦級，分別達到1061萬千瓦、1052萬千瓦，分布式光伏具有發電量小、分布廣、可調節性差的特點，其接入電網后對電網的規劃設計、調控運行將產生一定的影響，因此光伏發電的應用越來越廣泛[1]。

1 光伏發電概述

光伏發電是太陽能發電的一種方式，光伏發電主要是指用微網的方式并入超高壓發電網中去，讓其能夠互相支撐，在我國光伏發電都是集中式國家電網，如今的光伏發電主要是小型分散型并網發電，相對投資小，占地少，建設速度快。光伏發電并網采用的是清潔綠色能源，不會對環境造成破壞和污染，符合我國可持續發展的要求，深受各國投資者的青睞。

我國自1985年就開始了光伏發電的研究，逐漸引進美國單硅太陽能電池以及非晶體硅電池，經過多年的研究，我國逐漸開啟了光伏發電的發展歷程，尤其是金太陽工程的實施，更是加大了光伏發電的支持，根據統計，我國截止到1997年已經有各類光伏發電站7座，1998年在西藏地區建立了世界上最高的光伏電站，2010年，在寧夏吳忠市太陽山建立了大型光伏電站，采用陽光電源大型并網逆變器，成為我國光伏發電歷史上最大規模的并網，同年上海世博會，合肥陽光電源有限公司承建了光伏發電的主題館，中國館等大型發電系統，成為世界矚目的清潔綠色能源。我國預計到2020年太陽能發電量達到180萬kW，并且有可能達到1000萬千瓦，我國很多地區都處于缺電狀態，可是隨著人民物質生活的提高，光伏發電更是有了更為廣闊的發展空間。

2 并網光伏發電對電網電能質量的影響

2.1 孤島效應檢測與保護技術的影響

孤島效應，是指電網失電時，光伏發電系統未能及時檢測出電網停電狀態并及時脫離電網，使太陽能并網發電系統和周圍的負載組成一個脫離電網的自給供電孤島[2]。孤島效應一旦發生，如果不能得到及時、妥當地處理，有可能產生下列非常嚴重的后果：當電網發生故障或其它原因而斷網后，由于光伏發電系統仍舊維持供電予負載，將可能使得維修人員在進行維修時，發生人身或設備安全事故。當電網斷電后，光伏發電系統由于失去電網所提供的參考信號，會造成系統輸出電壓、電流及頻率漂移而偏移電網正常頻率，不僅引發不穩定的情況，還可能使所供電能包含有較多電壓與電流諧波成分。若未能及時將負載與光伏發電系統分離，將損壞某些對頻率變化十分敏感的負載。在市電恢復瞬間，由于電壓相位不同，可能產生較大的沖擊電流，造成相關設備損壞。且在電網恢復供電時，可能引發同步問題。若光伏系統與電網為三相連接，當發生孤島現象時，將形成欠相供電，影響用戶正常使用三相負載。

常用的孤島效應檢測方法一般可分成被動式和主動式兩種。被動檢測法是直接檢測電路中的電壓與電流的相位、頻率等，所以不會對電網的電能質量造成影響。但是若采用主動檢測算法，這些算法都是往電網中加入一些擾動量，無論是頻率、相位，還是有功、無功都會對輸出的電能質量產生影響，會增大電網的諧波含量。

2.2 諧波影響

光伏發電是通過光伏組件將太陽能轉化為直流電，再經過并網型逆變器將直流電變換成交流電實現并網。在光伏發電系統中，逆變器是產生諧波的主要設備。并網逆變器內部電力電子元件的大量應用，提升了系統的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負載，造成波形失真，給系統帶來大量諧波。逆變器開關切換速度的延遲，也會影響電網系統內部整體動態性能的輸出，產生小范圍的諧波。如果在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動范圍也會隨之變大。盡管單臺并網逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波會產生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現象。此外，逆變器并聯容易產生并聯諧振，進而導致藕合諧振現象，造成特定次并網諧波電流擴大，最終產生并網電流諧波含量超標問題[3]。

針對光伏接人后的電能質量問題，提出抑制諧波的有效方法：（1）從諧波產生的源頭人手，對諧波源進行改造，減少諧波注人。（2）裝置有源或無源濾波器，以吸收某些特定次數的諧波電流。（3）裝設附加的諧波補償裝置。

2.3 電壓波動和閃變的影響

在傳統配電網中，有功功率、無功功率隨時間變化才會引起系統電壓波動。而對于光伏發電而言，光伏發電系統有功功率的變化是引起接人點電壓波動和閃變的主要因素。光伏發電系統核心部件光伏電池板的最大功率點與輻照強度、天氣、季節、溫度等因素密切相關，這些自然因素的隨機變化引起輸出功率變化較大，致使負載功率在一定范圍內變化頻繁，從而引起并網用戶負載端電壓波動和閃變。

目前針對光伏電壓波動和閃變問題的解決方法主要有：（1）優化光伏并網逆變器控制策略，提高電壓的穩定性；（2）增大變電站母線短路容量；（3）在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數，以增加有功功率總量，從而降低無功功率變化量，滿足電壓波動的限值要求。

3 結語

并網光伏發電系統已成為全球綠色新能源領域的研究熱點，在有效緩解能源危機成為電網重要組成部分的同時，也帶來了很多新問題，值得深思與研究。