并网光伏发电对电网电能质量的影响分析

王营

山东昱兴电力有限公司 山东东营 257000

新能源发电呈现跨越式发展，发电装机容量达2437万千瓦，占全省电力总装机的19．4%。其中，风电、光伏发电装机容量均突破千万千瓦级，分别达到1061万千瓦、1052万千瓦，分布式光伏具有发电量小、分布广、可调节性差的特点，其接入电网后对电网的规划设计、调控运行将产生一定的影响，因此光伏发电的应用越来越广泛[1]。

1 光伏发电概述

光伏发电是太阳能发电的一种方式，光伏发电主要是指用微网的方式并入超高压发电网中去，让其能够互相支撑，在我国光伏发电都是集中式国家电网，如今的光伏发电主要是小型分散型并网发电，相对投资小，占地少，建设速度快。光伏发电并网采用的是清洁绿色能源，不会对环境造成破坏和污染，符合我国可持续发展的要求，深受各国投资者的青睐。

我国自1985年就开始了光伏发电的研究，逐渐引进美国单硅太阳能电池以及非晶体硅电池，经过多年的研究，我国逐渐开启了光伏发电的发展历程，尤其是金太阳工程的实施，更是加大了光伏发电的支持，根据统计，我国截止到1997年已经有各类光伏发电站7座，1998年在西藏地区建立了世界上最高的光伏电站，2010年，在宁夏吴忠市太阳山建立了大型光伏电站，采用阳光电源大型并网逆变器，成为我国光伏发电历史上最大规模的并网，同年上海世博会，合肥阳光电源有限公司承建了光伏发电的主题馆，中国馆等大型发电系统，成为世界瞩目的清洁绿色能源。我国预计到2020年太阳能发电量达到180万kW，并且有可能达到1000万千瓦，我国很多地区都处于缺电状态，可是随着人民物质生活的提高，光伏发电更是有了更为广阔的发展空间。

2 并网光伏发电对电网电能质量的影响

2.1 孤岛效应检测与保护技术的影响

孤岛效应，是指电网失电时，光伏发电系统未能及时检测出电网停电状态并及时脱离电网，使太阳能并网发电系统和周围的负载组成一个脱离电网的自给供电孤岛[2]。孤岛效应一旦发生，如果不能得到及时、妥当地处理，有可能产生下列非常严重的后果：当电网发生故障或其它原因而断网后，由于光伏发电系统仍旧维持供电予负载，将可能使得维修人员在进行维修时，发生人身或设备安全事故。当电网断电后，光伏发电系统由于失去电网所提供的参考信号，会造成系统输出电压、电流及频率漂移而偏移电网正常频率，不仅引发不稳定的情况，还可能使所供电能包含有较多电压与电流谐波成分。若未能及时将负载与光伏发电系统分离，将损坏某些对频率变化十分敏感的负载。在市电恢复瞬间，由于电压相位不同，可能产生较大的冲击电流，造成相关设备损坏。且在电网恢复供电时，可能引发同步问题。若光伏系统与电网为三相连接，当发生孤岛现象时，将形成欠相供电，影响用户正常使用三相负载。

常用的孤岛效应检测方法一般可分成被动式和主动式两种。被动检测法是直接检测电路中的电压与电流的相位、频率等，所以不会对电网的电能质量造成影响。但是若采用主动检测算法，这些算法都是往电网中加入一些扰动量，无论是频率、相位，还是有功、无功都会对输出的电能质量产生影响，会增大电网的谐波含量。

2.2 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[3]。

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。

2.3 电压波动和闪变的影响

在传统配电网中，有功功率、无功功率随时间变化才会引起系统电压波动。而对于光伏发电而言，光伏发电系统有功功率的变化是引起接人点电压波动和闪变的主要因素。光伏发电系统核心部件光伏电池板的最大功率点与辐照强度、天气、季节、温度等因素密切相关，这些自然因素的随机变化引起输出功率变化较大，致使负载功率在一定范围内变化频繁，从而引起并网用户负载端电压波动和闪变。

目前针对光伏电压波动和闪变问题的解决方法主要有：（1）优化光伏并网逆变器控制策略，提高电压的稳定性；（2）增大变电站母线短路容量；（3）在光伏电站容量确定的情况下，提高其功率因数，以增加有功功率总量，从而降低无功功率变化量，满足电压波动的限值要求。

3 结语

并网光伏发电系统已成为全球绿色新能源领域的研究热点，在有效缓解能源危机成为电网重要组成部分的同时，也带来了很多新问题，值得深思与研究。