并網光伏發電系統對電網電能質量的影響分析

褚磊

（黃河上游水電開發有限責任公司基礎設施管理公司，青海 西寧 810000）

能源是社會發展的重要力量，其和人民群眾的生活存在密切的關聯。社會的進步發展使得社會范圍內的能源問題日益凸顯出來，比如在使用化石能源使用的過程中會產生大量的氣體，這些污染性的氣體會加劇社會范圍內的環境污染。我國是世界上的工業大國，在發展的過程中面臨日益嚴重的資源、能源緊缺問題，開發和利用新能源是國家發展迫切需要解決的問題。在眾多新能源中，太陽能是一個十分重要的資源，且光伏發電具有低碳、清潔的作用，一時間成為新能源開發利用的重要關鍵。為了能夠應對國家部分地區電力資源浪費的局面，需要相關人員能夠仔細研究和分析光伏并網發電系統對電網運行的影響，根據這種影響來制定出一系列的處理對策，從而更好地推進光伏并網發電系統的應用作用。

1 新能源發電并網基本類型和特點

1.1 類型

在新時期，社會的進步發展加大了對各個能源的消耗，能源的利用和加工引起了人們廣泛的關注。從實際應用層面上來看，新能源的推廣和使用體現出了污染少和不可再生的發展特點。從實際應用操作層面來看，新能源的發電類型是十分多元的，包含太陽能發電形式。風能發電能力、水力發電形式等。將新能源發電引入到人們生活的各個領域會在保證各個行業穩定發展的同時在最大限度上減少損耗，保護人類賴以生存的環境。在新能源日益減少的背景下如何開發利用能源發電成為相關人員需要思考和解決的問題。新能源的開發和利用也是新時期社會發展的一個重要內容。

當前，新能源發電并網的基本類型具體表現如下：

第一，集中式光伏并網發電系統。光伏并網電站系統所發出的電力會被直接納入到電網，但是在具體實施的時候這樣的組織并網方式是無法體現出太陽能資源的應用優勢的。

第二，分布式光伏并網發電系統在打造的時候能夠全方位的整合用戶的信息資料，系統在運行的時候會和建筑物的結構切合在一起，由此在系統運行的時候會在最大限度上減少建筑物造價以及光伏發電的造價。通過使用分布式光伏并網系統，如果有地區需要大量的電力供應，可以借助逆變器來將電力資源融入到電力網絡中。

1.2 特點

新能源發電的實現對資源環境保護也有著十分重要的社會意義，但是從實際應用情況來看，和傳統意義上的能源發電相比，新能源發電具有遲緩性的特點，像風能和太陽能等新型發電能源轉變為新的能源的時候會對整個企業的發電需求產生影響，在特殊季節的時候如果出現了風力不足和光照不足的情況就會使得發電設備無法滿負荷運行，負荷提供不充足就會無法制造出所需要的電能，公共電網運行電能損耗也會相應的增加。從實際運行發展情況來看，光伏發電系統新能源發電具體呈現出以下特點：光伏發電系統隨機波動性較大。光伏發電系統運作深受周圍環境溫度、能源清潔程度、太陽光照強度變化的影響，因此會使得整個光伏發電系統呈現出隨機波動的現象。某光伏發電系統輸出有功功率曲線如圖1所示。根據圖1發現，伴隨光照氣象條件的變化，光伏發電系統輸出的有功功率曲線呈現出了隨機波動的特點。利用電器控制方式對整個光伏并網系統的影響。電器的控制方式深刻影響光伏并網系統電源電流流動，這種影響具體體現在電流源和電壓源兩個方面。從實際運作上來看，光伏并網系統應變器具備抵抗孤島效應和增加負荷的作用，光伏發電系統的容量負載比例較小，在城市電力資源損耗的過程中，整個系統的電壓電流以及運轉頻率也會相應的減少，這些現象的出現會使得城市孤島效應更加凸顯。

圖1 某光伏發電輸出有功功率曲線

2 并網光伏發電系統對電網電能質量的影響

2.1 諧波

在光伏發電系統在電網中比例越來越大的情況下，諧波污染問題也會伴隨出現。并網光伏發電系統的光伏逆變器中會牽扯到比較多的電力電子元器件，在將直流轉變為交流的時候會產生一些諧波，這些諧波會對整個電網的運行帶來不利的影響，且這種污染會在逆變器輸出輕載的時候日益變大。如果電網中存在多個諧波源，在此期間就有可能產生更高頻次的諧波功率諧振。針對以上問題可以通過以下的方式來進行控制：第一，借助逆變器中的諧波抑制電路、有功率的電路來對高頻次的諧波進行處理。第二，在供電設備的最終端來對高頻次的電流進行處理。為了能夠提升電流信息的處理結果可以使用一種積極有效的方法對光伏系統中的諧波進行更細入的測量。

2.2 間接性和波動性發電

新能源的供應和周圍環境存在密切的關聯，在外界環境變化之后能源的供應也會發生變化。站在風能發電的視角來看，受風能和速度的正相關系以及風速不可預測的影響，風能發電的穩定性會被限制。外界環境的氣候光照變化都會對光伏發電系統運作產生滲透的影響，在遇到惡劣天氣的時候，光伏發電系統的穩定性會降低。在這樣的情況下，如果并網光伏發電系統融入電網，那么就會因為電能波動較大而影響電網系統的穩定性，最終威脅到整個電網系統的運行，為了能夠解決這個問題，需要在風電場運行的過程中引入必要的設備，借助相應的設備來調節電壓，減少過大電流對于風電場的沖擊。

2.3 電壓和頻率

光伏并網發電系統能夠根據外界環境的變化對片電網高壓輸電網的電壓、電流質量以及電流運行頻率等進行控制，在此期間會對周圍用戶的用電負荷產生影響。為了能夠保證周圍用戶的電力需求，可以通過電網的方式來實現功率補償以及電力輸送，從而在保證光伏并網系統穩定運行的過程中，減少相關子系統對電網的依賴以及對電力資源的損耗。不僅如此，還能夠和風電、燃氣機等新能源形成一個智能微網。光伏發電會隨著配電網潮流方向的變化而發生變化，為了能夠規避這種變化需要重新整定保護定值。集中式光伏并網發電系統會設定在比較偏遠的荒漠地區，在具體實施操作的時候可以通過升壓變壓器通過中壓或者高壓的方式接入到電網中。按照國家電網的相關規定，在這個期間對于超過8MW的分布式電源需要采取積極的措施對其調度處理。基于此，大規模光伏電站要和一般性的電廠一樣，在運行的過程中設置對應的二次設備。

考慮到光伏功率因數接近1，大規模集中光伏發電系統在運行的時候需要按照規范的標準配備一定比例的無功補償設備，在無功補償設備的支持下提升光伏發電系統的調節能力，將光伏發電系統的電站功率因數、高壓側母線電壓保持在一定的范圍內。

2.4 孤島效應

光伏并網發電系統的孤島效應是指和光伏發電系統連接的電網線路因為事故、故障、停電檢修跳脫時，光伏并網發電系統會繼續向負載供應，由此會形成一個供電公司無法自行掌握的自給供電孤島。

光伏并網發電系統中的孤島效應主要是指光伏發電系統密切關聯的電網線路，因為各個因素的影響出現跳閘故障，在出現這些故障的時候光伏并網發電系統會持續性的向負載前供電力支持，由此會形成一個無法被供電公司掌握和控制的自己自足型供電孤島。供電孤島的出現誘發以下幾個方面的故障問題：第一，給電網運行管理人員帶來危害。在光伏并網發電系統配電網出現運行故障的時候，一些線路維修人員由于沒有了解自己自主供電孤島系統的存在，無法在第一時間啟動應急系統就會使得事故發生，帶來不可挽回的事故損失。第二，由于缺乏必要的電網支持。供電孤島的供電電壓、供電頻率、供電電流會呈現出不穩定的狀態，這些不穩定的因素會加劇用電設備的破壞。第三，在電網恢復供電的過程中，光伏發電系統會重新和網絡連接在一起，在這個期間會因為相位的不同引起更大的電流沖擊。第四，切換成孤島運行光伏發電的系統，如果沒有儲能元件或者儲能容量較小，用電負荷會出現電壓閃變的情況。

對孤島效應的常用檢測方式包含主動和被動兩個形式，前者是通過控制并網逆變器和施加電壓的方式來進行干擾。在電網運行的時候受電力系統平衡因素的干擾，系統運作的干擾信號無法被檢測。同時，在電網出現故障的時候，并網逆變器上的擾動信號會快速累積在一起，在超過一定數值的時候就會誘發孤島效應。后者是通過檢測并網逆變器輸出是否偏離并網規定的標準來判斷孤島效應是否發生。

3 應對新能源發電并網對電網電能質量的影響

3.1 解決諧波影響所采取的措施

電子設備使用管理不科學是誘發諧波出現的一個重要因素，不管是風力發電機還是并聯補償電容器，都有可能出現諧波。為了能夠規避這個問題，在風力發電廠中需要采取積極的措施規避單獨升高或者降低風俗的情況。同時，在系統運作的時候還需要采取措施規避風電機的集中化連接，在風電機連接距離被有效控制之后就不會上增加諧波電壓。與此同時，在電力系統運作的時候還可以通過不同的風機混合裝置來調配諧波過濾裝置，減少諧波對電網運行的干擾。

3.2 制定出科學合理的并網運行標準

近幾年，新能源在越來越多的領域得到應用，相關人員也對新能源的開發利用開展了一系列的研究，但是從發展實際情況來看，電網系統運作過程中對干擾電能運行各要素缺乏科學的整合，相關并網技術也處于一種探索階段，關于新能源的并網管理沒有制定出統一的標準，且在系統并網之后也沒有對系統進行檢測。基于這樣的發展問題，為了能夠更好的完善并網標準，需要相關人員強化對并網標準的要求，因地制宜的使用恰當的科學技術來保證并網運行的統一、科學。

3.3 針對波動性和間歇性的解決對策

波動性、間歇性也是并網光伏發電系統在運作過程中可能遇到的問題，對待這個問題雖然不能夠從自然條件上予以控制，但是可以對各個設備的運行進行控制。第一，按照科學規范的方法檢驗發電并網的新能源設備，及時全面的了解新能源設備運行可能遇到的故障，并針對故障采取對應的解決措施。第二，采取措施提升電網對峰值的調節能力，減少電網運行過程中可能出現的更大事故。同時，在新能源發電系統運作的時候還需要采取必要的措施來增強其有功功率和無功功率的調整功能。第三，針對風力發電、光伏發電發電站運行中出現的沒有功率還持續運轉的消耗，需要進一步強化新能源發電設備的無功補償功能。

4 結語

綜上所述，新能源并網是電網發展的新模式，在這一模式的影響下解決了電能供應的問題，但是從實際應用情況來看，新能源并網模式在發展的過程中沒有對自然條件進行限制，只能夠采取措施來控制關聯設備。并網光伏發電系統對電網電能質量穩定性會產生影響，為了能夠更好的發揮出新能源并網對電網電能運行穩定的積極影響，需要相關人員結合社會范圍內出現的新能源情況，進一步強化針對新能源的并網光伏發電研究，通過一系列研究來減少并網光伏發電系統對電網電能質量的不利影響。