光伏發電系統諧波監測與評估研究

李琳 董文靜 朱希龍 劉運好 李科翰

摘要：選取沈陽農業大學40 kW光伏發電系統諧波監測作為研究對象，應用福祿克435監測儀器對光伏發電系統進行為期一周的數據采集。根據分布式光伏電站接入電網時的電能質量要求，對光伏發電諧波水平進行評估，對比諧波評估結果判斷是否符合國家標準。計算結果表明，該光伏系統接入點電壓諧波畸變率及電流值均未超限，符合電能質量要求。

關鍵詞：諧波監測；光伏發電系統；福祿克435；畸變率；電流值

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）05-0038-03

光伏發電系統將清潔的、豐富的、可再生的太陽能轉化為電能，對緩解全球能源危機、保護生態環境等具有重要意義。光伏發電不僅節能減排、安全可靠，而且故障率低、壽命長，近年來得到蓬勃發展。典型的太陽能光伏發電系統由光伏電池組件、并網逆變器、配電箱、計量裝置及上網配電系統組成，逆變器等非線性部件易產生諧波污染電網，因此有必要對光伏發電系統諧波等電能質量進行監測與評估，為光伏系統諧波控制與治理提供理論依據。以沈陽農業大學40 kW光伏示范系統為研究對象，設計光伏系統諧波監測方案，并對監測數據進行分析，依據國家電能質量相關標準對發電系統諧波水平進行評估。

1 光伏系統諧波監測方案

沈陽農業大學光伏示范發電系統裝機峰值容量為40 kW，部分容量接入0.38 kV電網。采用的光伏組建類型是普通多晶組件和雙玻組件，安裝方式為屋頂固定式，其中20 kW通過三相并網逆變器并網運行；10 kW通過雙向逆變器和800 Ah雙向膠體蓄電池儲能系統組成微網系統，組件發出的電能優先存儲在蓄電池中，富余電量并入電網；10 kW雙玻組件接微型逆變系統。選取其中20 kW三相逆變器并網組件為監測對象，監測點選取并網前公共連接點PCC處，如圖1所示。諧波測試裝置需滿足《GB198862-2005電能質量監測設備通用要求》《光伏站接入電網測試規程》（Q/GDW618-2011），并符合IEC61000-4-30 A級測試精度要求，選取福祿克F435電能質量分析儀進行測試，儀器的采樣率為10.24 kHz，分析諧波次數50次。

監測時間為2016年4月2—8日，為期一周，滿足測試一個完整周期要求。測試采用連續測試方式。

2 電網諧波評估依據與指標計算

光伏電站接入電網后，公共連接點的諧波電壓應滿足GB/T 14549-93《電能質量公用電網諧波》規定，畸變率計算公式為：

畸變率計算結果見表1。

光伏電站接入電網后，在標稱電壓為0.38 kV、基準短路容量為10 MVA條件下，公共連接點處的總諧波電流分量（方均根）應滿足GB/T 14549-93《電能質量公用電網諧波》規定，不超過表2中規定的允許值。其中，光伏電站向電網注入的諧波電流允許值，按此光伏電站安裝容量與其公共連接點的供電設備容量之比進行分配。

沈陽農業大學公共連接點的最小短路容量為2.694 MVA，不同于正常基準短路容量10 MVA，各次諧波的電流允許值按式（2）確定：

式中：Sk為公共連接點的最小短路容量，MVA； Sk為基準短路容量，MVA；Ihp為表2中第h次諧波電流允許值，A；Ib為短路容量為2.694 MVA時的第h次諧波電流允許值。

3 測試數據分析

光伏發電系統并網后諧波是否合格，由接入點的短路容量、光伏系統裝機容量及逆變器注入諧波電流大小決定，依據測試儀器Fluke435采集數據導入Matlab平臺進行分析，對照上面計算的諧波電壓、電流允許限值對諧波水平進行評估。

監測的非零三相電壓諧波畸變率和電流諧波數據如表3和圖2所示。

以AB相為例分析諧波特性，電壓總諧波畸變率為0.99%；電壓奇次諧波含量高于偶次諧波含量，其中3次、5次、7次、11次、19次、25次諧波含量比較高，畸變率分別0.17%，0.44%，0.62%，0.26%，0.22%，0.26%；對比總畸變率5%、奇次諧波電壓畸變率限值4%，電壓諧波均未超限。

以A相電流為例，電流值范圍為0.02～0.94 A，而注入公共點的電流允許值最小值為24次諧波1.75 A，電流值未超限，符合國家標準轉換后的電流允許值。監測時間范圍內光伏系統諧波電能質量正常。

4 結論

光伏發電系統對電能質量的影響之一體現在諧波方面。光伏發電系統的連接方式、安裝方位決定諧波的影響程度。根據光伏電站并網對諧波的相關要求，結合沈陽農業大學光伏示范點，對信電學院40 kW并網光伏電站進行諧波評估計算，分析諧波對電壓、電流產生的影響，通過實測數據與計算數據對比，得出光伏系統在任意輻照度下基波及諧波輸出特性。電壓奇次諧波畸變率大于偶次諧波畸變率，電壓畸變率最高為5，7次諧波；最高電流值總是小于1 A，偶次諧波的電流值略大于奇次諧波電流值，電流值最大的是6，8次諧波。雖然諧波對光伏系統的影響不能夠完全消除，但根據所提供的理論依據可以在一定程度上減少諧波對光伏系統的影響。

參考文獻

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Abstract： 40kW harmonic detection of PPGS system in Shenyang Agricultural University was selected as research object， and using Fluke 435 monitoring instrument the data was collected based on one-week monitoring. According to power quality requirements of the distributed photovoltaic power station connected to the power grid， the harmonic level of photovoltaic power generation was evaluated. Then according to harmonic evaluation results determined whether it was accord with the national standard. The calculation results showed that， the photovoltaic system access point voltage harmonic distortion rate and current values were not overrun， in line with the electric quality requirements.

Key words： harmonic detection； PPGS； Fluke 435； distortion factor； current value