光伏发电项目电能质量评估分析

文红

摘 要：本文根据相关标准对广东某光伏发电站的电能质量进行评估分析，针对电能质量问题提出合理的治理方案，使电能质量符合相关标准规定。

关键词：光伏发电；电能质量评估；项目概况

中图分类号：TK514；TM615 文献标志码：A

0 引言

光伏电站所发电力可能会产生一系列电能质量问题，本文利用仿真软件对光伏电站所接电网电能质量的干扰程度进行评估分析，与国家标准规定值進行对比，如存在问题，则提出相关解决方案。

1 项目概况

光伏发电项目接入系统示意图如图1所示。

1.1 电能质量考核点

光伏发电项目接入的A站110kV1M母线为光伏接入系统的公共连接点（用户接入公用电网的连接处，Point of Common Coupling，即PCC），即为电能质量考核点。

根据A站110kV1M母线小方式下短路电流计算，PCC点的最小短路容量为SSCA站110kV=853.94MVA。按以上短路容量可计算光伏公共连接点的电能质量限值。

1.2 仿真分析网络

无功及电压偏差部分采用PSD电力系统分析软件。三相不平衡潮流及谐波分析采用电力系统仿真软件ETAP。主要计算条件如下：（1）系统等值机：1台。（2）110kV输电线路：1回。（3）10kV输电线路：3回。（4）等值负荷：4组。（5）光伏组件模型（含谐波源）：34组。

2 电能质量指标限值

国家电能质量标准有关规定要求：评估各项电能指标时需考虑供电系统最小运行方式。在最小运行方式下，公共连接点的短路容量越小，干扰源产生的影响越大，公共连接点的各项电能质量指标越不容易达标。

2.1 电压偏差

根据《电能质量 供电电压偏差》（GB12325—2008）以及《广东电网有限责任公司配电网规划技术指导原则》，正常运行时光伏电站110kV并网点电压的允许偏差为额定电压的-3%～7%。

2.2 谐波

2.2.1 谐波电压。国标规定的公用电网谐波电压（相电压）限值见表1，母线的谐波电压应小于表中所列出的数值。

2.2.2 谐波电流。当实际PCC点的最小短路容量Sk1不同于国标假定基准最小短路容量Sk2时，应按照国标（GB/T 14549—93）附录B和C进行换算。根据实际PCC供电设备容量，光伏的出力容量，换算结果见表2。110kV电压等级电压总谐波畸变率限值为2%。

2.3 电压波动和闪变

根据标准《电能质量-电压波动和闪变》（GB 12326—2008），电力系统公共连接点，由波动负荷产生的电压变动限值和变动频率、电压等级有关。电压波动和闪变不应超过国标中所列限值。根据GB/T 12326—2008标准规定，当变电站110kV 母线为电能质量考核点时，由冲击负荷所引起的电压波动应小于2.5%，闪变值Plt 应不超过1.0。用户闪变限值的计算如国标5.2.3章节。

2.4 三相电压不平衡度

执行标准：GB/T15543—2008《电能质量-三相电压不平衡》。

2.5 功率因数

根据《广东电网公司电力系统电压质量和无功电力管理办法》，本期光伏并网点的功率因数考核值应不低于0.95。

3 电能质量指标计算结果分析

3.1 系统无功电压

A站负荷按最大考虑，当光伏出力分别为30%、50%、75%和100%时，A站110kV侧功率因数分别为0.92、0.9、0.84、0.72。根据仿真结果可知，在光伏不同出力情况下，在光伏电站低压侧安装动态无功补偿装置（SVG），需要补偿的无功容量范围为400kvar～11500 kvar，可以将A站110kV侧功率因数补偿至0.95，满足要求。

3.2 电压偏差

通过对光伏电站系统潮流分析计算，得出当光伏电站不同出力时，电压偏差在-1.2%～0%，光伏对A站110kV母线电压的影响在允许电压偏差限值-3%～+7%以内，满足电压偏差要求。

3.3 谐波

光伏电站采用SPI630K-B逆变器，根据逆变器谐波频谱，同时考虑站用电和辅助用电负荷综合模型，对光伏电站供用电网络进行计算。电流频谱特征如图2所示。

根据考核点的谐波电流评估结果，分别分析光伏在100%、75%、50%和30%额定出力工况下，A站110kV母线的谐波电流状况。从仿真结果可知，逆变器5次谐波电流较大，但即使在光伏电站出力100%时，5次谐波电流最大值为1A，未超过限值2.1A。其余各次谐波电流均未超标。

根据考核点的谐波电压评估结果，分别分析光伏在100%和30%额定出力工况下，A站110kV母线的谐波电压状况。从仿真结果可知，其他各方式下谐波电压畸变率均小于满发时的电压畸变率，各次谐波电压含有率均未超过限值，谐波电压波形总畸变率为0.15%，小于2%的国标限值。

3.4 电压波动和闪变

根据光伏发电曲线可知，最大波动幅度约为额定出力的70%。根据ETAP仿真计算光伏电站分别在100%额定出力和30%额定出力时，得出A站110kV母线的无功功率变化量。经计算，考核点的电压波动值为0.53%，不超过2.5%的限值；考核点的长时间闪变值为0.1，不超过1的限值。

3.5 三相电压不平衡度

根据ETAP仿真计算结果，得到光伏电站在PCC点产生的最大负序电压不平衡度为0.79%，小于国标规定的1.3%的限值。

结语

考虑在投产前需安装动态无功补偿装置，以提高PCC的功率因数，治理光伏电站接入电网带来的电能质量问题，推荐以下治理方案。推荐安装一套容量为±10Mvar的动态无功补偿装置SVG，以调整PCC功率因数。本项目在2017年已建成投产，接入电网后，电网的电能质量情况良好。

参考文献

[1]唐瑞，李晓辉，曹英丽，等.用户光伏发电电能质量检测与分析[J].电网与清洁能源，2016，32（5）：94-99.