淺析光伏接入對配電網電能質量的影響及對策分析

浙江立思能源科技股份有限公司 浙江 杭州 310000

配電網電能質量的高低,主要取決于電壓偏差、頻率偏差、電壓波動與閃變、諧波含量、三相不平衡和電壓暫降等幾個方面。本文僅在光伏電站系統接入配電網方面,結合自身工作實踐經驗來探討光伏系統接入對配電網電能質量的影響,并提出幾點應對對策。

1 分析影響

太陽能、風能、地熱能、海洋能和生物質能等可再生能源的開發利用是人們利用清潔能源的重要手段,也是國家能源結構產業調整中電力鼓勵項中比較重要的一項內容。但太陽能光伏發電由于其受天氣影響較大,有功功率輸出不具有規律性的特點,光伏發電系統并入電網后,對電網影響較大。特別是光伏接入總量較大時,光伏輸出功率的無規律變化易引起電網的震蕩,給配電網的安全帶來風險。同時光伏的大量接入會造成電網功率因數的下降；逆變器大量采用電力電子裝置,也會對配電網帶來一定的諧波污染。

以上都是配電網安全穩定運行必須考慮的內容。先以諧波為例,理想狀態下的配電網電壓波形應該是標準正弦波,但光伏發電設備中的電力電子轉換裝置會形成諧波干擾源,使得系統中的諧波增加,導致波形畸變,不僅會使得配電網的功率損耗增大,還會使引起部分用電設備無故脫網、頻繁啟停,甚至對繼電保護裝置帶來沖擊,引起保護誤動。此外,光伏電站輸出功率的無規律變化,會使得配電系統的有功和無功頻繁發生變化,導致系統潮流和穩態電壓頻繁變化,使得電能質量下降的同時,電網的損耗也會增加,給配電網安全運行帶來影響,配電網的設備使用壽命也會受到影響[1]。

在配電網運行過程中,為確保其安全性,必須確保電壓始終處于正常的范圍,確保配電網的電能質量可控。光伏電站輸出有功,卻在電網無功補償方面貢獻不大,可能造成配電網系統無功失衡,導致電壓超出正常范圍,對配電網安全運行帶來影響。若光伏接入量超出系統最大允許運行值,或者配電網系統處在輕載運行狀態時,容易發生逆功率的情況,使得電網系統電壓不受控提升。尤其是光伏發電在局部電網系統的占比過大時,光伏系統輸出功率的變化會使配電網的電壓和頻率出現較大波動。以上情況均可能造成配電網的潮流與運行方式發生變化,使得電壓敏感設備無法正常工作或受損,甚至繼電保護裝置受到影響。

2 對策分析

2.1 優化光伏發電系統電氣一次設計

2.1.1 光伏接入配電網接入容量和接入方案的設計原則 在局部電網中光伏接入容量達到一定比例時,光伏輸出功率的無規律變化會導致電網的震蕩。為減少光伏發電對大電網的影響,光伏接入容量宜控制在局部電網總發電裝機容量的5%以內。

光伏發電系統工程具有站點分散的特點,所以需要對不同的站點根據現有電網情況做好并網設計。為避免光伏電站對大電網的沖擊,在進行接入容量和接入方案設計時,應充分參考廠區或局部電網的負荷曲線,根據負荷曲線確定并網點和并網容量,優先考慮多點低壓并網方案,以就地消納為原則,提高自發自用比例。

2.1.2 電氣設備的選型 在光伏電站系統中對配電網電能質量影響最大的設備是光伏并網型逆變器,所以此處僅對光伏逆變器的選型進行討論。

目前常見的光伏逆變器一般分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器,都屬于電力電子設備,在設備運行過程中會產生一定的奇次諧波,對電網影響較大主要為5次、7次和11次諧波。且逆變器發電時諧波產生有一個特點,在逆變器滿負荷發電時,逆變器發電諧波含量都能控制在5%以內,目前市面上的逆變器滿功率發電諧波含量基本都能滿足國標要求；但隨著逆變器發電功率減小,逆變器發電的諧波含量比例逐漸增多,在逆變器以20%-30%額定功率發電時諧波比例最大,部分逆變器甚至能達到發電功率的30%,對電網穩定性影響頗大。

在逆變器選型時應充分考慮以下原則：

1.條件允許的情況下,應盡量選擇額定容量較大的逆變器以減少逆變器的使用數量,減少輸入電網的諧波含量及諧波的疊加。在對電網電能質量的友好度方面,集中式逆變器＞組串式逆變器＞微型逆變器。

2.在對逆變器品牌進行選擇時,可以對各種工況下逆變器的諧波含量進行測試,尤其注意逆變器在20%-60%額定功率發電時的諧波含量,選擇輸出諧波含量較少的逆變器。

3.光伏電站并網時逆變器發電功率因數一般設置為1。光伏電站對電網輸送有功,但卻沒有對電網的無功進行補償,造成電網功率因數偏低,影響電網的穩定。在逆變器選型時優先選擇功率因數在一定范圍內連續可調的逆變器,在必要時根據電網要求調整逆變器發電功率因數,補償電網無功,減少光伏發電對電網的影響。也可考慮加裝SVG等裝置補償電網無功。

4.在電網諧波含量高或用電設備對電能質量要求較高的電網中,依據電網實際情況,在光伏電站并網時配置一定容量的有源電力濾波裝置,濾除諧波,改善電網電能質量。

2.1.3 防雷接地過壓設計 在防雷方面,通過安裝防雷裝置,接地則是結合地勘測試結果采取水平接地體,同時確保所有的電氣設備和支架均全部接地,做好過壓設計[2]。

2.2 光伏發電系統電氣二次設計

第一,選用具有群控功能的并網逆變器,搭建逆變器二次控制系統,在必要時對逆變器進行控制或根據電網調度指令控制逆變器輸出,在保證收益的同時減少光伏電站對電網的影響。

第二,在對光伏系統二次接線設計時,結合實際需要針對性地并網逆變器的保護設計。常見的主要有逆功率保護、方向過流保護、欠過壓保護、高低頻保護和防孤島保護等。

3 結語

綜上所述,本文分析了光伏接入對配電網電能質量的影響,并從光伏發電系統接入設計和設備選型方面,提出了應對影響的幾點技術參考與對策。