并网光伏发电对电网电能质量的影响分析

宋喆

【摘  要】经济的发展，城市化进程的加快，人们对电能的需求也逐渐增加。我国属于人口大国，因此耗电量也十分大。如果单纯地依靠化石燃料的燃烧发电，那么化石能源的储存量是远远不够的，因此需要开发新能源。新能源的无污染及可再生特点，对于人们的生活环境具有十分重要的意义，但也存在一定的缺陷。例如，新能源并网发电技术虽然替代传统的发电，但是其技术不够完善，且发电并网对电能的质量产生一定的影响。本文就并网光伏发电对电网电能质量的影响展开探讨。

【关键词】新能源发电;并网;电能质量

引言

光伏发电作为太阳能的主要利用途径，能够有效缓解化石能源供给紧张的的现状。光伏发电系统并入常规电网，与之共同承担发供电任务，即形成并网光伏发电系统。相对于独立光伏发电，拥有诸多优点的并网光伏发电，受到了各国极力地推崇和大力地发展。因此，并网光伏发电系统也就成為全球绿色新能源领域的研究热点。但在光伏发电并网过程中采用了大量的电力电子技术，在送上能源的同时也带来了很多影响电网电能质量的因素。

1光伏发电的基本原理

光伏发电利用半导体表面存在的光生伏特效应，通过光照在半导体材料两端发出直流电流。当太阳光照在半导体P-N节上时，新的电子一空穴对就会形成，光子将电子从共价键中激发后，电子流向N区，空穴流向P区，从而半导体两端产生电势差。PN结两端的电路一旦接通，就会形成电流，从P区经外电路流向N区，对负载输出电功率。

2并网光伏发电系统主要结构

光伏发电系统分为独立运行与并网运行两种工作方式。并网光伏发电系统比较具有市场应用价值的形式，是当今世界光伏发电发展的主要趋势。并网光伏发电作为光伏发电的一般具有两种典型系统结构，即单级式并网光伏发电系统与两级式并网光伏发电系统。两者相比较而言，单级式光伏逆变器控制系统需要同时实现最大功率点跟踪与并网控制功能，因此对控制器的要求会比较高。另外，必须加装直流母线电压保护装置来确保系统并网的安全性。两级式并网光伏发电系统主要包括光伏阵列、变换器、逆变器、控制器、滤波电路等几部分。第一级在实现对光伏阵列的最大功率点跟踪的同时，将光伏阵列产生的直流电通过升压变换为受控直流电提供给后级的并网光伏逆变器。第二级的光伏并网逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电送给并网，同时完成直流母线电压的稳压功能。太阳能光伏发电要实现安全、可靠、高效的并网运行必须依赖于有效地控制技术，主要分为三个主要方面：最大功率点跟踪、并网控制和孤岛效应检测与保护。

3并网光伏发电对电网电能质量的影响

3.1谐波影响

光伏发电是通过光伏组件将太阳能转化为直流电，再经过并网型逆变器将直流电变换成交流电实现并网。在光伏发电系统中，逆变器是产生谐波的主要设备。并网逆变器内部电力电子元件的大量应用，提升了系统的信息化和智能化处理，但也增加了大量的非线性负载，造成波形失真，给系统带来大量谐波。逆变器开关切换速度的延迟，也会影响电网系统内部整体动态性能的输出，产生小范围的谐波。如果在天气（辐照度、温度）变化较大的情况下，谐波的波动范围也会随之变大。尽管单台并网逆变器输出电流谐波较小，但是多台并网逆变器并联后输出电流的谐波会产生叠加，从而形成输出电流谐波超标现象。此外，逆变器并联容易产生并联谐振，进而导致藕合谐振现象，造成特定次并网谐波电流扩大，最终产生并网电流谐波含量超标问题。针对光伏接人后的电能质量问题，提出抑制谐波的有效方法：（）1从谐波产生的源头人手，对谐波源进行改造，减少谐波注人。（2）装置有源或无源滤波器，以吸收某些特定次数的谐波电流。（3）装设附加的谐波补偿装置。

3.2并网逆变器对电能质量影响

并网光伏发电系统的主要功能为将太阳能光伏阵列所产生的直流电直接转换成与电网电压同频、同相的交流电，其控制方式如同一个与电网电压同步的电流控制型PWM逆变器。为了降低送入电网的电流对电网产生的电流谐波，因此送入电网的电流波形总谐波畸变率应越低越好。逆变器按输出控制方式也分为电压控制与电流控制两种。若采用L型并网逆变器，则逆变电路对并网电能质量产生影响的元件参数主要有直流侧电容、滤波电感。电容取值若太小则会增大电压波动，降低并网电流跟踪效果;电容取值若过大又会降低动态响应速度，而且会增加电容造价和物理体积。从滤波电感决定逆变电路低频输出阻抗来说，取值应尽量小，但这样会增大电路谐波电流。滤波电感越大，THD值越小，即并网的谐波电流越小。另外，光伏并网控制环节也是影响并网光伏发电系统电能质量的重要因素，不同的电流跟踪控制方式直接关系到逆变器输出电流的波形质量。以滞环电流比较控制为例，其中的滞环宽度与开关频率都直接影响并网输出电流的电能质量。环宽太大会降低并网电流的跟踪精度，电流THD值增大;环宽取值太小又会使开关频率过高，而开关频率的波动性过大会造成并网电流频谱较宽，这样会加大滤波电路的设计难度，同时增加并网电流谐波。

3.3孤岛效应的影响

孤岛效应是指电路的某个区域有电流通路而实际没有电流流过的现象。由于孤岛效应的潜在危险性与对设备的损害性，社会公共工程与发电设备行业长期以来都十分注重光伏并网逆变器的反孤岛效应控制。孤岛效应的产生可能会对配电系统造成以下不良影响：（1）危害电力维修人员的生命安全;（2）影响配电系统的保护开关动作程序;（3）供电电压与频率不稳定并造成设备破坏;（4）供电恢复时产生浪涌电流，造成再次跳闸，并破坏光伏系统、负载与供电系统;（5）单相供电造成系统三相负载的欠相供电问题。孤岛效应大多产生在配电侧，在周围负载形成电网难以控制的孤岛，导致用户负荷出现不稳定现象，出现电能闪电，供电恢复后又产生并网冲击。

4基于光伏发电并网系统的电能质量问题解决

为了解决光伏发电并网带来的电能质量问题，需要分析大规模、集中开发中高压电源的接地情况、对电压等级评估和电压偏差作出明确标准，并为其设置频率耐受力。为了使我国的光伏发电应用在大规模以及高容量的电网中，促进其运行的稳定性，需要为其提出更高要求，促进光伏发电并网的积极开发，因此，对相关技术的研究方向进行了详细分析。（1）储能技术。该技术是电力系统中的主要技术，可以应用在大容量、高比例的系统中。该技术主要使用的储能设备为压缩空气储能、蓄电池等。在使用过程中，不仅能实现能量的储能与释放，促进频率的有效调节，还能对电网功率的波动情况进行控制，保证电网系统运行的更稳定、更安全。（2）谐波抑制。该技术可以对电网实现标准化控制，对逆变器的标准化进行设置与统一，促进电力的绿色化发展。基于目前存在的并网逆变器，利用谐波抑制方式，能够实现群控技术、综合补偿控制工作，完成数据信息的采集与控制。（3）无谐波输入电网。该方式利用高性能并网逆变器实现运行，在使用期间，需要对光伏发电的接入、光伏发电的无功控制等协调情况进行分析。

结语

随着我国光伏发电产业的快速发展，并网光伏装机容量和数量的不断增加，致使电网电能质量受到很大影响。因此，研究并网光伏发电对电网电能质量的影响非常必要。

参考文献：

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（作者单位：中国大唐集团有限公司内蒙古分公司蒙西事业部）