光伏并網對電網電能質量影響的分析研究

施傳威

摘要：在配電網運行過程中，當分布式光伏的普及率提高時，電網的結構變得更加復雜，從以前的單電源輻射結構變為包含整個電源的結構，這使得潮流和電壓特性發生了很大的變化。在這種背景下，如何有效地監管配電網，保證其安全穩定運行，是我們需要關注的問題。針對這種情況，有必要分析分布式光伏并網后配電網面臨的一系列變化，并采取相應的改進方法，實現電網的平穩運行。

關鍵詞：光伏并網;電網電能質量;影響;分析

引言

光伏電站并網后，配電網由原來的單一供電系統向多元供電系統轉變，導致配電網中諧波和DC分量增加，影響配電網的安全運行和電力設備的正常工作。為了保證配電網運行的電能質量要求，促進新能源發電的發展，有必要對新能源并網發電給配電網帶來的電能質量影響進行深入研究。

1光伏發電與并網技術分類分析

1.1太陽能電池技術

發電技術只有在光伏電池的基礎上才能發揮作用。在技術不斷進步的今天，我國光伏電池的結構也發生了多次變化。最初的硅材料光伏電池，長期使用后損耗嚴重，制造成本非常高，不符合我國大規模供電的實際需求，因此逐漸被淘汰。在此基礎上，技術人員進行了新一輪的研究，嘗試了各種新材料的性能，提出了第二代光伏電池的設想。第二代光伏電池擺脫了硅材料，制造成本和功耗都得到了有效解決。近年來，經過新一輪的技術改造，光伏電池正在向薄膜電池和二次晶硅方向發展。與前兩代光伏電池相比，這種新型電池具有更加顯著的光能轉換效率，能夠更好地保證電能生產的穩定性，因此得到了一定程度的認可。

1.2太陽能光伏發電并網電流控制技術

光伏發電的并網電流控制技術非常重要，其中逆變器是最重要的設備，可以將直流電轉化為交流電。通過逆變器的合理應用，將電力諧波控制在一定范圍內，提高光伏發電的電壓，使光伏發電和并網技術更好地發揮作用。目前太陽能光伏發電并網電流控制技術的應用從根本上降低了電力諧波的畸變率，保證了電流控制的有效性，這需要在今后的工作中進一步研究。

2光伏并網對電網電能質量影響

2.1電壓波動的影響

光伏發電系統受自然環境溫度、太陽輻射強度等因素的干擾，其輸出功率具有一定的波動性。接入配電網后，改變后的電源輸入會導致原有電壓水平的波動，難以避免閃變，影響供電穩定性。同時，光伏電源容量和安裝位置不當不僅不能充分發揮光伏供電系統的積極作用，還可能對配電系統產生一系列負面影響，主要表現為：電壓波動會導致交流電機轉速異常，影響工業生產質量;在一些電子變換器的運行中，電壓波動會使控制器誤識別電壓相角的狀態;在日常照明用電中，電壓波動會導致光源閃爍，降低工作效率。光伏電源的接入將對配電網相關的電能質量和經濟性產生重要影響，其中電壓波動是研究較多的影響因素之一。研究表明，當光伏發電量超過一定水平時，并網節點上游各節點電壓先降低后升高，并網節點上游各節點電壓逐漸降低。新能源并網節點處電壓波動最大，并網節點越靠近饋線端，電壓波動越大。目前光伏并網后的電壓波動問題有幾種解決方案：增加變電站母線短路容量;當光伏電源為逆變分布式電源時，可以抑制電壓波動，緩解電壓凹陷問題。當光伏電站容量確定后，增加發電量以增加總有功功率，減少無功功率的變化;優化光伏電站逆變器布局方案，提高電壓穩定性。

2.2并網分布式光伏對網損的影響

輸電會導致網損，即線路中的電能損耗，最大限度的體現了電網在輸電方面的優勢，電網收益也會受到一定程度的影響，所以這類指標一定要引起足夠的重視。接入電網后，配電網中潮流的規模和方向發生了變化，電壓幅值和電壓降也發生了一定程度的變化，這是造成網損的重要因素。（1）頭端接入。分布式光伏在首端集中接入后，當光伏普及率提高時，網損一般不會發生變化。只有當PV磁導率超過一定值時，網絡中才會送回更多的有功功率，支路電流也會增大，線損也會大大增加。在變壓器的位置，光伏可以吸收負荷，變壓器的負債率會得到有效控制。當PV磁導率超過一半水平時，配電變壓器的出口功率會發生變化，變壓器中的電流處于最低狀態，配電變壓器損耗得到有效控制。（2）終端接入。當線路末端統一接入分布式光伏時，如果光伏普及率為10%，可以最大程度地消除網損。從原因分析可以看出，端電壓升高后電壓幅值可以得到有效控制，接入較少的分布式光伏器件時電壓降也會降低，損耗也會隨著電流的降低而降低。在變壓器處，當PV磁導率超過30%時，損耗也最小。線路末端統一接入分布式光伏后，在光伏滲透率增加的過程中，網損、線損和變壓器損耗會先減小后增大。與終端接入方式相比，分布式光伏在頭端集中接入對全網損耗影響不大。高滲透率光伏并網后，隨著光伏出力的發展，有功功率倒掛現象較為普遍，增加了線路損耗，影響了經濟效益。

2.3分布式光伏并網對三相不平衡的影響

配電網存在單相出線、負荷單向等現象，容易造成三相不平衡。本研究將分布式光伏接入首端和末端，分析光伏磁導率變化時會影響三相不平衡。通過首端三相集中接入，線端分散接入，得到分布式光伏滲透率變化后電壓三相不平衡的影響。在首端三相集中接入后，當光伏滲透率增大時，電壓電流三相不平衡會逐漸減小，而且這個幅度非常有限，衰減也非常緩慢。這種方法雖然可以在一定程度上降低電壓三相不平衡，但并不能達到很好的效果 。分布式光伏系統也能在一定程度上降低電壓三相不平衡，效果非常明顯。從得到的數據可以看出，光伏透過率提高10%后，三相電壓不平衡至少可以降低4%。

結束語

本文以光伏發電的電能質量為研究對象，分析了光伏發電與并網技術分類分析，深入探究了光伏發電過程中電壓波動、網損、三相不平衡等影響因素的具體原因和影響規律，提出了改善電能質量的可行方法，對進一步改善光伏發電過程中的電能質量具有一定的參考價值。

參考文獻

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