分布式光伏發(fā)電質(zhì)量分析

王鏡植，劉 姿

（鄭州大學(xué) 物理工程學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 分布式光伏發(fā)電技術(shù)

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是指在用電場地附近安裝的容量較小的自發(fā)電、自用電、余電并網(wǎng)的系統(tǒng)，其滿足就近發(fā)電、就近使用、就近轉(zhuǎn)換、就近并網(wǎng)的原則，具有輸出功率小、位置選取靈活、自行控制、安全性高、余電并網(wǎng)可獲收益和緩解局部地區(qū)用電緊張等幾個特點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備組成包括光伏電池組件、蓄電池、充/放電控制器、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜、供電系統(tǒng)監(jiān)測裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其工作模式是光伏電池組件將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，直接供給本地直流負(fù)載或經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換供給本地交流負(fù)載，亦或?qū)㈦娔軈R集于蓄電池，或控制余電匯入電網(wǎng)。

2 電能質(zhì)量指標(biāo)

為了保證電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量符合要求，國家制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量指標(biāo)主要依據(jù)國家電網(wǎng)公司的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。其中，供電電壓偏差應(yīng)滿足GB/T 12325—2008的規(guī)定，電力系統(tǒng)頻率偏差應(yīng)滿足GB/T 15945—2008的規(guī)定，三相電壓不平衡應(yīng)滿足GB/T 15543—2008的規(guī)定，電壓波動和閃變應(yīng)滿足GB/T 12323—2008的規(guī)定，暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓應(yīng)滿足GB/T 18481—2001的規(guī)定。

3 分布式光伏并網(wǎng)的影響

分布式光伏并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響主要有諧波污染、電壓偏差、直流偏置等問題。另外，除了影響電能質(zhì)量外，還有可能產(chǎn)生孤島效應(yīng)，帶來一系列危害。

3.1 諧波污染

在光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變的過程中，光伏逆變器在運(yùn)行中同一橋臂的上、下兩個功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷要錯開一定的時間，即死區(qū)時間，這種非線性的工作模式導(dǎo)致在并網(wǎng)時引入了諧波。

諧波的危害：①輸電線路的電阻會受到電流頻率的影響，且與頻率成正比。輸電線路中由于大量諧波的存在加之集膚效應(yīng)的擴(kuò)張與放大，使電路耗損增加，這是電力輸送過程中電能損耗較為嚴(yán)重的因素。②電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置高度靈敏，其正常工作時各項指標(biāo)量的確定是以電網(wǎng)基波的量設(shè)定的，諧波的各項指標(biāo)不同于基波，因此繼電保護(hù)裝置對諧波十分敏感，諧波的存在會導(dǎo)致繼電器誤動，影響電力系統(tǒng)的正常供電。③諧波會導(dǎo)致變壓器線圈異常發(fā)熱，嚴(yán)重時會導(dǎo)致變壓器燒毀，造成局部區(qū)域停電。④我國普通居民家用的電能計量儀表（電表）均是以工頻50 Hz標(biāo)準(zhǔn)正弦波的參數(shù)設(shè)計的，而與工頻不一致的電力諧波導(dǎo)致電表的工作處于非正常狀態(tài)，對居民用電計量產(chǎn)生較大誤差，可能導(dǎo)致普通居民經(jīng)濟(jì)受損。

諧波的治理：目前，最常用的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)諧波的治理方法有安裝有源濾波器和無源濾波器兩種。無源濾波器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、成本極低，是許多大型諧波產(chǎn)生戶的首選，但是濾波效果不好；有源濾波器的濾波效果很好，但是工藝復(fù)雜，制作成本高。

3.2 電壓偏差

分布式光伏的存在改變了電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，影響電壓潮流的方向，導(dǎo)致光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高，偏離了電壓的正常值。電壓偏差危害：①電壓偏差對感應(yīng)電動機(jī)有嚴(yán)重的影響。當(dāng)電壓偏大時，電動機(jī)因電壓偏大而鐵損增大，溫度升高；當(dāng)電壓偏小時，電動機(jī)銅損增大，溫度升高。當(dāng)電壓偏差較大時，電動機(jī)便無法工作在其額定電壓下，導(dǎo)致電機(jī)異常發(fā)熱，縮短電動機(jī)的使用壽命。②照明設(shè)備的發(fā)光效率受電壓的影響，電壓降低會引起照明設(shè)備的效率降低，當(dāng)電壓過低時，會導(dǎo)致氣體放電光源的照明器不能正常點(diǎn)燃，影響照明設(shè)備的正常工作。③電壓偏差還會影響精密儀器的精確控制。

電壓偏差的應(yīng)對：配電變壓器分散設(shè)置到用戶中心，選擇適合的導(dǎo)線，設(shè)置無功補(bǔ)償裝置等。

3.3 直流偏置

在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，造成逆變器輸出電壓中存在直流電流的原因是運(yùn)算放大器零點(diǎn)漂移及驅(qū)動電路不一致等。

直流偏置的危害：并網(wǎng)時直流分量匯入電網(wǎng)，影響變壓器的安全運(yùn)行，還有可能引起危害很大的偶次諧波電流，造成電流不對稱，損壞負(fù)載。

3.4 孤島效應(yīng)

對于包含分布式發(fā)電系統(tǒng)的微電網(wǎng)，當(dāng)其主網(wǎng)故障或者其他原因停電時未能及時檢測出主網(wǎng)狀態(tài)的變化而將自身與主網(wǎng)分離，形成了一個主電網(wǎng)無法控制的由分布式發(fā)電系統(tǒng)單獨(dú)供電的孤立的電網(wǎng)，稱為“孤島”。

孤島效應(yīng)的危害：①如果分布式電源的容量與負(fù)載容量不匹配，則孤島內(nèi)電壓、頻率會發(fā)生變化，降低電能質(zhì)量，可能損壞用戶的電力設(shè)備；②非計劃孤島由于孤島范圍的不可知性，無法確定故障線路是否帶電，這會給電力維修人員的生命安全帶來極大威脅；③孤島形成后，分布式電源會繼續(xù)向跳閘線路的另一端供電，導(dǎo)致重合閘失敗；④孤島電壓相量對與主網(wǎng)產(chǎn)生漂移，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)時，可能會干擾重合閘。

孤島效應(yīng)的應(yīng)對：應(yīng)對方法主要有被動式孤島檢測法和主動式孤島檢測法。被動式檢測法通過檢測電壓、頻率、相位或諧波的變化進(jìn)行孤島檢測；主動式檢測法是通過在光伏逆變器控制的信號中加入一個很小的干擾信號，使之對逆變器輸出的電壓、頻率或者功率產(chǎn)生微小的擾動，在并網(wǎng)運(yùn)行時，由于受到主電網(wǎng)的制約，干擾信號的作用非常小，當(dāng)孤島產(chǎn)生時，干擾信號的作用就比較明顯了，通過檢測公共耦合點(diǎn)的響應(yīng)來判斷是否產(chǎn)生孤島。

4 結(jié)束語

隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，環(huán)境問題會越來越嚴(yán)重，充分利用太陽能必將成為世界各國的首選。目前，雖然分布式發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)還存在一定的問題，但是科學(xué)的不斷發(fā)展一定會解決這些問題，使分布式光伏發(fā)電技術(shù)改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，造福全人類。

［1］鄧本浩.關(guān)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的電能質(zhì)量分析［J］.通訊世界，2015（6）：194-195.

［2］酆元.分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量分析［J］.農(nóng)村電氣化，2012（6）：52-53.

［3］段延凱.芻議太陽能發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響［J］.工程技術(shù)（文摘版），2015（46）：134.