分布式光伏電源并網對電網電能質量影響的研究

潘麗珠 程 石

（安徽新力電業科技咨詢有限責任公司，安徽 合肥230000）

光伏電站以并網形式運行期間，在電壓數值較小時，光伏電站內部含有的電纜、變壓器等元素，極有可能對并網電流、電壓等因素造成影響。在發電功率增長過程中，配電網逆變器能夠依據實際需求，完成無功功率的發射與吸收等程序，以此提升大型光伏電站的協調能力。光伏電站運行逆變器時，能夠將直流轉變成交流，其轉換過程中形成了諧波，將會在電網中危及電能質量。

1 分布式光伏電源并網的危害類型

1.1 諧波干擾

如圖1 所示，為光伏電源并網接線圖。在逆變器運行期間，將會形成諧波，對電能質量產生的威脅表現為：

1.1.1 諧波形成時，引起旋轉電機運行受阻，增加運行損耗，繼而引起機械產生高頻振動，由此形成較高頻率的噪聲與諧波，將會影響電能供應的穩定性。

圖1 光伏發電并網接線圖

1.1.2 諧波電流能夠提升變壓器繞組損耗值，使其處于較高溫度環境中。諧波在一定程度上，增加了變壓器運行噪音，諧波源形成的電流，在經過變壓器時，受到了諧振作用，將會引起變壓器發生損壞問題。

1.1.3 交流電網中存在的異常電壓問題，將會形成變流器控制角存在不等問題，在正反饋作用下，提升系統電壓發生異常的可能性，引起整流器運行不暢，嚴重時將會引起換相設備發生破損。

1.1.4 諧波在運行期間，對繼電保護、自動化運行系統產生一定影響作用，將會引起此類裝置發生誤動、拒動等問題[1]。

1.2 電壓波動

當頻率范圍為1～10 時，將會引起電壓波動問題，造成照明燈、配電網系統畫面發生不穩定現象，讓人們產生視覺不適感。此類干擾問題稱之為“閃變”。當閃變現象較為強烈時，將會引起電機轉動失穩問題，甚至損壞電子裝置，對電網形成較為嚴重的公害威脅。

1.3 三相電壓均衡性不足

光伏電站運行期間，逆變器實施三相觸發時，將會產生觸發對準性不足現象，引起網點三相電壓形成對稱性缺失問題。鑒于光伏電站作為輔助性運行系統，具有較低的負荷，實際產生的三相電壓，可不予考慮。負序穩定干擾供電系統與設備的具體表現為：1.3.1 引起電力系統運行時，缺失繼電保護裝置，造成負序啟動元件運行不暢問題。1.3.2 發電機、工廠運行發生異常振動，電動機設備發熱。

2 電能質量控制措施

2.1 中心控制

2.1.1 提升配電網調度的協調性

配電網在實際接受調度指令時，將會采取指令響應措施，分布式光伏發電系統予以聯動，針對逆變器運行期間產生的輸出功率，實施調度指令的執行程序。然而，在此期間，調度指令的執行程序，含有不穩定性、漸發性等特點，對光伏列陣運行的功率參數產生威脅，由此形成功率不匹配問題，降低調度指令運行效果，影響著光伏電池能夠輸出功率的最大值。以超級電容器為基礎，加強儲能裝置運行問題的解決效果，提升配電網調度指令執行的系統協調性。

2.1.2 采取低電壓穿越形式

配電網在日常運行期間，將會發生不小于10%的電壓偏差問題，應針對光伏發電系統開展電壓調整措施，加強電壓控制效果。針對光伏并網運行時實際產生并網功率，開展的有效處理措施為：容量消減，以此科學規避逆變器過流問題，如若電壓偏差小于10%，且存在配電網電壓相應減少的現象，電壓偏差的5%將會發生功率不足問題。

2.1.3 優化儲能元件荷電狀態

以光伏發電系統運行能力為基礎，全面提升其運行品質，將其運行的穩定性、抗干擾能力，作為切入點，應采取的有效措施為：保障電壓取值的規范性，加強電壓運行具有連續性，對電壓開展有效的控制措施；如若電容器運行電壓較小，可采取充電方案，提升電壓補充效果；如若運行電壓較高，應有效釋放電能，防止其超出標準范圍。為此，借助恒功率原理，加強充電、放電的運行有效性。提升電容器能量自控效果。

2.2 本地控制

如圖2 所示，作為配電網本地控制的結構圖。依據配電網本地控制的實際構成，應科學調整電容器與逆變器兩者設備之間的契合度，可采取的有效控制措施為如圖2。

2.2.1 科學控制電網側結構，控制項目包括配電網調頻功能、調壓效果、調度運行能力。2.2.2 有效控制逆變器結構，減少負面影響，提升配電網系統運行效果。2.2.3 合理調整電容能量，保障配電網運行的穩定性。

3 仿真分析

3.1 搭建仿真模型

以某光伏電站為仿真實例，其實際發電總數為60MWp，發展列陣共有36 個，每個光伏發電列陣將會配置升壓箱式變一臺、交流匯流箱八臺。并在每個匯流箱位置完成逆變器安置，配置逆變器數量為6，規格為40kW。有效整理光伏子方陣采取等值處理措施，具體數據如下：a.逆變器容量：等值處理前容量為40kW，等值處理后容量為1920kW。b.逆變器數量：等值處理前容量為6×8=48 臺，等值處理后容量為1 臺。c.變壓器容量：等值處理前容量為1600kVA，等值處理后容量為1600kVA。d.變壓器數量：等值處理前容量為1 臺，等值處理后容量為1 臺。

3.1.1 計算光伏電站無功率運行情況

針對光伏電站系統開展計算分析，以此判斷光伏電站運行的穩定性，驗證光伏電站運行對電壓設置值產生的影響，加強電壓設置值調整，提升電網電壓抗干擾能力。開展仿真計算程序，計算結果為：在并網點位置允許的電壓取值范圍內，如若光伏逆變器發生超前問題，因數大于0.95，由此引起光伏電站運行功率范圍為[24852，26582]MVar。當光伏逆變器表現出滯后現象，因數小于0.95，由此引起光伏電站運行功率范圍為[11534，12751]MVar。

3.1.2 計算電能質量

a.諧波計算。依據仿真模型，開展仿真計算，測定光伏電站內部的諧波電流存在的影響問題。經計算發現：光伏電站在穩定運行情況下，同時逆變器功率運行因素=1.0 時，光伏電站并網點諧波電流有五種形態，頻次分別為13、17、21、23、27，此五種數值均超出了國際規定的標準值。其中23、27 兩個諧波次數，引起電壓異常現象，諧波引起的異常運行指數高達3.51%，超出國際限值的2.0%。以13、23 為例，結合數據對比諧波電流的影響。A：諧波次數為13 時，其諧波電流大小為2.4A，諧波電流限值為2.45A，引起母線電壓發生異常的概率為0.94%，異常限值為1.60%;B：諧波次數為23 時，其諧波電流大小為2.4A，諧波電流限值為1.41A，引起母線電壓發生異常的概率為1.61%，異常限值為1.60%b.三相不平衡度。依據國家相關技術規定、能源行業運行準則等內容，光伏逆變器在運行期間，應妥善完成缺相保護，即采取自動化運行方式，完成缺相補充，提升逆變器的運行效果。由此發現：光伏電站在運行期間，將會處于缺相保護狀態，降低了缺相事故發生的可能性；當光伏電站處于三相對稱運行狀態，將不會向電網輸入負序電流。為此，在光伏電站實際運行時，三相電壓失衡問題發生概率較小，三相電壓失衡問題在運行的允許范圍內。

3.2 仿真分析

3.2.1 調度模式

結合實際制定的配電網調度方案，有序開展仿真實驗，驗證此種方案的可行性。光伏電源自身運行的母線電壓，以直流形式完成運行，具有較強的穩定性。當配電網以功率為主題，發出調度指令時，系統執行程序，借助仿真驗證獲得科學的調度程序。仿真實驗現象：當響應時間取值范圍為[0.1，0.2]秒時，系統將會在短時間內提升光伏列陣的運行功率；當響應時間取值范圍為[0.2，0.4]秒時，分布式光伏的調整項目為無功與有功兩種調度效果。基于電容器具備較為優異的協調性，有助于保持光伏調度指令響應與執行的穩定性。如若在控制母線電壓時，將其有序控制在800V 范圍內，電壓將會產生較大偏差問題，有助于提升直流母線電壓運行的抗干擾能力，此種優化方式能夠提升功率響應速度，使其在前饋環節中獲得優異的運行效果，科學防止直流母線電壓發生浮動問題[2]。

圖2 本地控制結構圖

3.2.2 調頻模式

以配電網調頻為仿真主題，開展實驗時發現：如若電頻存在偏移現象，光伏電源將會想通與調頻，以此軒主提升母線電壓運行效果。當系統運行周期為[0.1，0.5]秒范圍內，將會在0.4 秒內有效提升光伏列陣運行功率。如若系統功率不大于50.3 赫茲，光伏系統并網功率將會發生轉變，以列陣輸出功率為主要表現形式。如若持續提升配電網運行頻率，當速率處于0.1 赫茲4%狀態時，將會降低光伏系統運行產生的功率設定值。

如若光伏并網運行體系形成了較高的輸出功率設定值，借助并網功率加以分析，電容器將會有效吸收功率剩余值。光伏列陣系統運行期間，系統整體輸出功率應不大于設定值，在開展輸出功率有效處理的基礎上，即可開展光伏并網操作。在執行配電網系統調頻程序時，應將800 伏特電壓設定為基礎性條件，科學控制電壓偏差，將偏差控制在0.625%范圍內，以此保障母線電壓運行的抗干擾能力。

3.2.3 低電壓模式

在低電壓模式的仿真實驗中，科學調整配電網設定電壓，以母線電壓運行條件為基礎，保障配電網電壓優化的有效性。光伏系統運行周期在[0.1，0.5]秒范圍內，0.4 秒內時間范圍內將會迅速提升功率。在功率響應不足0.3 秒時，電壓將會下滑至0.8Un。如若光伏系統運行電壓不大于0.98Un，逆變器將會予以響應，將系統運行形成的無功功率，輸送至配電網系統中，

4 結論

綜上所述，以配電網電能質量保障為基礎，開展各項調節功能的優化設計，提出了中心、本地兩個方面的控制措施。借助仿真實驗過程，能夠發現中心、本地兩種控制措施具備可行性，有效完成光伏并網儲能元件的科學調整程序，有效提升直流母線電壓運行的抗干擾能力，切實提升配電網電能運行品質。