并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的影響分析

王營

山東昱興電力有限公司 山東東營 257000

新能源發(fā)電呈現(xiàn)跨越式發(fā)展，發(fā)電裝機容量達2437萬千瓦，占全省電力總裝機的19．4%。其中，風電、光伏發(fā)電裝機容量均突破千萬千瓦級，分別達到1061萬千瓦、1052萬千瓦，分布式光伏具有發(fā)電量小、分布廣、可調(diào)節(jié)性差的特點，其接入電網(wǎng)后對電網(wǎng)的規(guī)劃設計、調(diào)控運行將產(chǎn)生一定的影響，因此光伏發(fā)電的應用越來越廣泛[1]。

1 光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的一種方式，光伏發(fā)電主要是指用微網(wǎng)的方式并入超高壓發(fā)電網(wǎng)中去，讓其能夠互相支撐，在我國光伏發(fā)電都是集中式國家電網(wǎng)，如今的光伏發(fā)電主要是小型分散型并網(wǎng)發(fā)電，相對投資小，占地少，建設速度快。光伏發(fā)電并網(wǎng)采用的是清潔綠色能源，不會對環(huán)境造成破壞和污染，符合我國可持續(xù)發(fā)展的要求，深受各國投資者的青睞。

我國自1985年就開始了光伏發(fā)電的研究，逐漸引進美國單硅太陽能電池以及非晶體硅電池，經(jīng)過多年的研究，我國逐漸開啟了光伏發(fā)電的發(fā)展歷程，尤其是金太陽工程的實施，更是加大了光伏發(fā)電的支持，根據(jù)統(tǒng)計，我國截止到1997年已經(jīng)有各類光伏發(fā)電站7座，1998年在西藏地區(qū)建立了世界上最高的光伏電站，2010年，在寧夏吳忠市太陽山建立了大型光伏電站，采用陽光電源大型并網(wǎng)逆變器，成為我國光伏發(fā)電歷史上最大規(guī)模的并網(wǎng)，同年上海世博會，合肥陽光電源有限公司承建了光伏發(fā)電的主題館，中國館等大型發(fā)電系統(tǒng)，成為世界矚目的清潔綠色能源。我國預計到2020年太陽能發(fā)電量達到180萬kW，并且有可能達到1000萬千瓦，我國很多地區(qū)都處于缺電狀態(tài)，可是隨著人民物質生活的提高，光伏發(fā)電更是有了更為廣闊的發(fā)展空間。

2 并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的影響

2.1 孤島效應檢測與保護技術的影響

孤島效應，是指電網(wǎng)失電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出電網(wǎng)停電狀態(tài)并及時脫離電網(wǎng)，使太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載組成一個脫離電網(wǎng)的自給供電孤島[2]。孤島效應一旦發(fā)生，如果不能得到及時、妥當?shù)靥幚恚锌赡墚a(chǎn)生下列非常嚴重的后果：當電網(wǎng)發(fā)生故障或其它原因而斷網(wǎng)后，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)仍舊維持供電予負載，將可能使得維修人員在進行維修時，發(fā)生人身或設備安全事故。當電網(wǎng)斷電后，光伏發(fā)電系統(tǒng)由于失去電網(wǎng)所提供的參考信號，會造成系統(tǒng)輸出電壓、電流及頻率漂移而偏移電網(wǎng)正常頻率，不僅引發(fā)不穩(wěn)定的情況，還可能使所供電能包含有較多電壓與電流諧波成分。若未能及時將負載與光伏發(fā)電系統(tǒng)分離，將損壞某些對頻率變化十分敏感的負載。在市電恢復瞬間，由于電壓相位不同，可能產(chǎn)生較大的沖擊電流，造成相關設備損壞。且在電網(wǎng)恢復供電時，可能引發(fā)同步問題。若光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)為三相連接，當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，將形成欠相供電，影響用戶正常使用三相負載。

常用的孤島效應檢測方法一般可分成被動式和主動式兩種。被動檢測法是直接檢測電路中的電壓與電流的相位、頻率等，所以不會對電網(wǎng)的電能質量造成影響。但是若采用主動檢測算法，這些算法都是往電網(wǎng)中加入一些擾動量，無論是頻率、相位，還是有功、無功都會對輸出的電能質量產(chǎn)生影響，會增大電網(wǎng)的諧波含量。

2.2 諧波影響

光伏發(fā)電是通過光伏組件將太陽能轉化為直流電，再經(jīng)過并網(wǎng)型逆變器將直流電變換成交流電實現(xiàn)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設備。并網(wǎng)逆變器內(nèi)部電力電子元件的大量應用，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負載，造成波形失真，給系統(tǒng)帶來大量諧波。逆變器開關切換速度的延遲，也會影響電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部整體動態(tài)性能的輸出，產(chǎn)生小范圍的諧波。如果在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動范圍也會隨之變大。盡管單臺并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現(xiàn)象。此外，逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進而導致藕合諧振現(xiàn)象，造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴大，最終產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標問題[3]。

針對光伏接人后的電能質量問題，提出抑制諧波的有效方法：（1）從諧波產(chǎn)生的源頭人手，對諧波源進行改造，減少諧波注人。（2）裝置有源或無源濾波器，以吸收某些特定次數(shù)的諧波電流。（3）裝設附加的諧波補償裝置。

2.3 電壓波動和閃變的影響

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，有功功率、無功功率隨時間變化才會引起系統(tǒng)電壓波動。而對于光伏發(fā)電而言，光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率的變化是引起接人點電壓波動和閃變的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件光伏電池板的最大功率點與輻照強度、天氣、季節(jié)、溫度等因素密切相關，這些自然因素的隨機變化引起輸出功率變化較大，致使負載功率在一定范圍內(nèi)變化頻繁，從而引起并網(wǎng)用戶負載端電壓波動和閃變。

目前針對光伏電壓波動和閃變問題的解決方法主要有：（1）優(yōu)化光伏并網(wǎng)逆變器控制策略，提高電壓的穩(wěn)定性；（2）增大變電站母線短路容量；（3）在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數(shù)，以增加有功功率總量，從而降低無功功率變化量，滿足電壓波動的限值要求。

3 結語

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)已成為全球綠色新能源領域的研究熱點，在有效緩解能源危機成為電網(wǎng)重要組成部分的同時，也帶來了很多新問題，值得深思與研究。