光伏并網發電對配電網電能質量的影響研究

李澤龍

摘? 要：配電網由于光伏發電系統的接入使其結構發生了變化，若不采取措施，原有配電網的電壓指標、電流諧波含量、電網頻率均會受到影響。電網若長期處于不正常運行狀態下用電設備和電網以及供電安全將得不到保障。所以需要對光伏并網發電后對電能質量的影響進行分析，既要保證電網及用電設備的安全運行，又要使用戶日益增長的的用電需求得到保障。

關鍵詞：光伏并網發電;配電網電能質量;影響

1光伏并網發電對配電網電能質量的影響

1.1孤島效應

當光伏發電系統接入配電網后，可能會產生影響電能質量的孤島現象。當配電網運行發生故障時，會使光伏發電系統與輸配電網絡斷開聯系，引發繼電保護工作，使光伏發電系統處于獨立運行狀態，只能依靠自身供電。在孤島拓撲結構中，投網開關斷開，光伏發電系統與配電網進入孤島狀態，導致配電網的負載瞬間超出光伏發電系統的發電功率，進而導致光伏并網系統運行崩潰。此外，孤島效應還會導致配電網三相負載欠相供電，干擾繼電保護裝置穩定運行;損害配電網中的電氣設備;引發配電網線路反送電，增大電網運維人員的作業風險;在配電網故障消除且光伏發電系統接通配電網后，會造成電壓相位不同步，出現浪涌電流，對光伏系統產生重大影響，可能會出現跳閘現象。

1.2直流分量

通常光伏并網發電系統發生短路故障時短路電流通常包括直流分量、工頻周期分量以及其他頻率的周期分量。直流分量嚴重時會使變壓器產生偏磁，甚至嚴重影響電力設備的運行。直流分量隨時間會逐漸衰減。直流分量發生對配電網電能質量的影響不容忽視。理想情況并網逆變器輸出的電壓電流波形都是標準正弦波。在工程實際中，直流分量注入大小已經是檢驗光伏發電裝置好壞的一個重要指標。逆變器輸出電流中的直流分量可以分成可控型和不可控型兩類。（1）可控型：以電壓型逆變器為研究對象，要求同一半橋上下兩開關管不得同時導通或者關斷，因此需要合理設置死區時間。此時逆變器中功率開關管開通和關斷電路時會存在時間上的延遲，導致原來兩個互補工作的開關管不再完全互補。從而直流分量就會出現在逆變器的輸出電壓和輸出電流中。此外，控制電路電路的零漂特性及基準信號的直流偏置等也會導致其輸出電流產生直流分量。這種類型的直流分量是通過方法可控的。比如減小死區等。（2）不可控型：與理想情況不同，逆變器中各個開關元器件的動靜態特性不能保持完全一致，且線路阻抗也不能保證完全對稱，這些因素都是不可控的。

2光伏并網發電對配電網電能質量影響的解決

2.1孤島效應檢測

發生孤島效應后，除電網電壓和電流突變外，系統頻率也會發生突變，電網因不能長時間處于不正常運行狀態，故容易引起電網崩潰。故及時且有效對孤島效應進行檢測是十分必要的。一個可靠的反孤島方案需滿足以下兩點：（1）因為孤島系統的組成方式不同，可能是由光伏發電和負載組成的，也可能是水力發電和負載組成的，因此反孤島方案應滿足不同組成方式下的孤島效應的檢測需求;（2）必須在允許的時間范圍完成對孤島效應的檢測（反孤島方案須使檢測系統進行重合閘之前切斷與輸配電網間的聯系）。市場上現有的針對大型光伏并網逆變器的反孤島策略大致分為兩類：第一類依靠無線通信技術的特點實現對孤島效應現象的發生進行檢測，稱該策略為即基于通信的反孤島策略;第二類主要依靠并網系統中檢測到的異常變化的電信號實現檢測功能，稱該策略為局部反孤島策略。它分為主動式檢測和被動式檢測兩種。被動式檢測通過測量并網系統的電信號（電壓、頻率）的檢測結果是否滿足正常運行條件下的電能質量標準從而判斷是否發生孤島效應。被動檢測的缺點是會產生一定范圍的檢測盲區，影響了檢測的準確性。主動檢測通過向電網注入擾動的方式，比如主動注入電壓分量和頻率分量的形式，進而檢測擾動注入后并網系統的電信號是否滿足正常運行條件下的電能質量標準從而判斷檢測超過標準來判斷是否發生孤島效應。與被動式檢測相比，主動檢測不可檢測區減少，但是由于注入擾動，對電網電能質量的影響有所增加。

2.2電壓調整

在光伏發電系統接入配電網后，需要對大規模的并網系統采取調壓策略，以滿足配電網在電壓大幅度增加時的穩定運行需求。（1）光伏逆變器自動調壓。并網電壓調整不能僅依靠配電網中的電壓調節器、有載變壓器，還需要發揮光伏逆變器的自動調壓功能，確保達到最佳調壓效果。使用光伏逆變器調壓無須增設調壓設備，其自身自帶有功、無功調節功能，僅需在光伏發電系統接入節點處調壓即可。但是，在光電發電系統接入點較復雜的情況下，光伏逆變器自動調壓受到一定限制，很難發揮調壓作用。一般情況下，容量超過500kW的逆變器能夠正常發揮無功控制能力，而對于容量不足500kW的逆變器需要采用其他調壓策略。（2）配電網結構調整。配電網結構主要包括環網型、輻射型和花瓣形，其中輻射型配電網具備電壓調整功能，能保證電能質量。輻射型配電網可以在遠離主變壓器的末端增加投切設備，改變配電網輸電結構，保證供電的穩定性。同時，配電網接線結構調整還可以減小等效阻抗，提高輸電線路電壓。此外，在運用配電網結構調整方法保證電能質量時，要重視成本控制，目前這種調壓方法僅適用于I類用電戶的電能質量治理。（3）有載調壓變壓器。有載調壓變壓器在分接開關處設置多組變壓器繞組分接頭，其工作原理是通過調整變壓器的繞組實現對次級繞組電壓的有效調節。當前，常用的有載調壓變壓器類型為串聯式補償調壓變壓器，其借助開關器組成逆變器供電，可以調節控制連續持續輸出的電壓，具備調壓精度高、調節速度快的優勢，可以在光伏發電系統并網中推廣應用。

3結束語

光伏并網發電實現了將太陽能轉換為符合配電網要求的電能質量，且減少了對傳統能源的消耗。然而，光伏并網發電會對配電網電能質量產生影響。如最大功率跟蹤控制方法的不同會對并網點電壓、電流及功率的波動及電流諧波畸變率產生影響，孤島效應發生后配電網的功率分配問題，還有包括并網過程產生的直流分量、三相不平衡現象等均會導致配電網電能質量相應指標發生改變。本文多方位、多角度對光伏發電系統并網后對配電網電能質量的影響進行研究和論證。

參考文獻

[1]朱士加，邵華，樊會叢，趙建華，周雪松，趙健.基于最優電壓控制的變環境條件下光伏系統最大功率點跟蹤策略[J].電力系統及其自動化學報，2020，32 （02）：125-132.

[2]王宇鵬.分布式光伏發電系統對配電網電壓穩定影響的研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2020.