淺析微網運行中存在的電能質量問題

顧永超　張延遲　董賀賀　查燚

摘 要：隨著能源危機及環境污染問題的日益凸顯，新能源微網系統成為了解決這些復雜問題的關鍵。微網系統中存在著不穩定的分布式電源及大量電力電子設備，使得系統中存在一系列電能質量問題，典型的有諧波污染和功率因數不穩定等問題。主要以某屋頂光伏發電系統為例，淺談了其中存在的電能質量問題。

關鍵詞：微網；電能質量；電壓諧波；功率因數

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.074

微網發電作為一種新興的發電形式，可以有效緩解能源危機及環境污染等迫切問題。以某屋頂光伏發電系統為例，該工廠場內共有各種負荷12 MW左右，引入的光伏發電項目規模為5 MW左右。項目為屋頂安裝方式，采用20 000塊型號為250 W的高效率多晶硅組件組合而成。依據項目的發電能力，首年發電量為5 081 867 kW·h，預計壽命年限25年內發電113 580 000 kW·h。全壽命周期實現節約標準煤2 053.074 t，減排5 379.055 t CO2和17.451 t SO2。此外，光伏系統的建設減少了太陽光對屋頂的直接輻射，從而降低了夏天外界熱量向室內的傳導，起到了減少建筑能耗的作用。圖1為光伏發電系統。

1 電氣系統

在電氣系統設計方面，該光伏系統采用20 000塊光伏組件，光伏組件20片一串，16串一組匯入光伏專用防雷匯流箱，再經過逆變器連接到低壓配電系統。

該并網光伏系統的基本工作思路為：①市電有電，太陽能輻照（白天晴天）能滿足并網逆變器啟動時，光伏系統并網運行，并能保證負載優先使用光伏系統所發的電量；②光伏發電系統不會對供電系統造成影響；③光伏組件支架可靠地與屋面接地體相連，能夠有效地起到防雷保護作用；④每個匯流箱中都有高壓直流熔斷管，能有效對組串進行過電流保護；⑤光伏配電室的所有電氣設備中均有避雷設備，能夠有效地防止感應雷對系統造成損害；⑥在這一系統中，光伏發電規模較小，其所發電能只滿足當地負荷的一部分用電，當地負荷的其余用電量需求則需要通過電網來供給。此外，這種新能源微網的投入運行能夠切實減少CO2和SO2等氣體的排放。這對于緩解能源和環境危機具有重要意義。因此，這類新能源微網項目非常適合在東部發達地區的負荷密集區開展，從而對當地電網起到積極的補充作用。

2 電能質量分析

新能源微網的開發利用具有光明的前景，但是隨著新能源微網的接入，接入點的電能質量必然也會受到新能源微網系統的影響。仍以上述某項目的實際運行情況為例分析，測量該系統10 kV總進線101柜測試點的電能質量。圖2為總諧波電壓畸變率趨勢，表1為2～25次諧波電壓含有率95%概率值統計情況。

從表1可以看出，10 kV進線的5次諧波電壓95%概率值均超過國標規定的限值，因此電壓諧波不符合電能質量的要求。

該系統三項功率有效值的平均值趨勢如3所示，表2為系統功率統計情況。

通過分析圖3和表2我們發現，在光伏發電時段，系統會出現電壓諧波和功率因數不穩定等電能質量問題。

3 結論

通過以上分析可總結得出，微網中常見的電能質量問題有諧波污染、功率因數不穩定和無功不平衡等。為了解決這些問題，在正常運行條件下，應著重研究以下2點：①在新能源資源（風能和太陽能等）出現波動的情況下，電壓波動和無功變化時，如何快速、有效地調節；②如何在保證安全性、穩定性和經濟性的前提下，通過調度來保證電網在因負荷波動而引起電壓波動時的穩定性。在故障情況下，應重點研究如何保持新能源發電系統平穩地穿越故障，以及安全、可靠地分離并網。相信，隨著技術的日趨成熟，微網必將成為一種清潔、高效和可靠的能源系統。

參考文獻

[1]楊新法，蘇劍，呂志鵬，等.微電網技術綜述[J].中國電機工程學報，2014，34（01）：57-70.

[2]趙為.太陽能光伏并網發電系統的研究[D].合肥：合肥工業大學，2003.

〔編輯：劉曉芳〕