试论分布式光伏发电并网点及谐波影响

Power Technology ︱ 226︱ 华东科技试论分布式光伏发电并网点及谐波影响 庞洪杰 （江苏林洋新能源科技有限公司，江苏 南京 210048 ） 【摘 要】 本文针对分布式光伏发电的并网类型及分布式光伏发电系统并网后谐波产生的原因进行分析，提出采用高次谐波电压波动量变化规律作为孤岛识别和检测指标的方法。 【关键词】 光伏发电；并网点；谐波；电压；效益 中图分类号： TM712 文献标识码： A 文章编号： 1006-8465 （ 2015 ） 12-0226-01 引言 光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业，也是我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。发展光伏产业对我国调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设具有重要意义。 分布式光伏发电系统接入并网点处主要依赖于三相 DC/AC 逆变器实现并网运行，并网点谐波影响已成为分布式光伏发电发展中不容忽视的问题之一。 谐波分析采用 ETAP仿真平台对接入配电网的分布式光伏发电计算，以小型分布式接入并网点谐波影响有限，但是加重网点谐波污染，谐波电压、谐波电流在谐波偏大的情况下，可能超过国家标准限值。 1 分布式光伏发电的并网类型 分布式光伏发电系统并网类型一般有两种：低压线路接入配电网和升压接入到高压电网。 小型分布式常见的有农村屋顶光伏电源、城市小规模光伏建筑电源。多数光伏电站都选择升压接入到高压电网。分布式光伏发电并网系统中逆变器起了很关键的作用，逆变器带有一个滤波器，功率波形平滑输出，靠拢正弦波。并网和功率输出是控制输出电流的幅值、频率和相位三要素参量，跟踪并网点电压来实现。 而分布式光伏发电系统的构成并不复杂， 太阳能电池板、控制系统包括最大功率点跟踪 （ MPPT） 、 逆变器，功率输出经过变压器升压并网。在偏远的地区，由于电网不稳定，往往还有储能电池作为备用。线路对光伏接入的限制线路型号、 线路全长、 负荷水平、无功补偿等条件，如图 1 所示： 图 1 配电网对分布式光伏接入限制条件 从图 1 可见： （ 1）变电站的最大负荷：分布式光伏并网后，主变向上级电网输送功率，变电站最大负荷消纳分布式光伏的发电量，制约分布式光伏接入的重要影响因素。 （ 2）变电站剩余间隔：分布式光伏是大容量，并网系统中会有多种类型的并网逆变器，互相干扰，采用专线并网形式， 变电站剩余间隔数目与分布式光伏采用专线并入的方式相制约。 （ 3）负荷特性：分布式光伏发电输出功率的快速波接入点附近的负荷，与光伏发电特性匹配的负荷波动性对电能质量、电压水平的需求，扩大光伏的就地接纳能力，提高光伏接入容量。 （ 4）线路传输：线路的传输容量由线路型号的规格决定，经过一定程度扩容的分布式光伏， 分布式光伏的最大送出功率使线路的输送容量不能负载，限制分布式光伏输入功率。在线路传输过程中，网络损耗的变化明显。 （ 5）备用容量：并网预留一定的备用容量，以满足系统的安全性，用于系统负荷转代。分布式光伏并网后，现有的运行状态改变了分布式光伏输送容量的不稳定性和系统电压的波动， 影响了系统的备用容量和电压调节能力。因此，可考虑增加储能等调节手段，实现就地备用。 （ 6）电压偏差：分布式光伏的并入改变了现有电网有功功率流向，也改变了无功功率流向，无功电压水平受到影响。系统电压越限时，引起保护动作，影响电网安全运行。必须采取相应的无功补偿措施，提高分布式光伏的输出特性。 2 分布式光伏发电并网点的影响分析 分布式光伏发电并网发电后，对电网并网点会产生一系列的影响，尤其电压、谐波、孤岛效应等问题和电网效应问题： （ 1） 电压的影响： 传统的配电网电压的波动与有功和无功负荷有关，引起电压波动是随时间变化而波动，靠近网络的末端越明显，光伏电源是非线性的直流电源，最大的制约是受天气和温度因素影响，引起光伏电源输出功率的变化最明显是光照强度的变化。光伏电站因随机性很强的输出功率，以致控制掌握运行困难。配电网负载容量与光伏电源的容量不匹配时，随着环境条件较大变化，光伏电源输出功率则并网点电网电压也随着波动，还有光伏并网后，极其可能因为环境条件较大变化，引起系统潮流大小、方向和电压分布的变化。 （ 2） 谐波影响： 采用高频开关电子器件的逆变器应用在光伏发电系统中，分布式光伏发电产生的直流电转换到交流电时，容易产生谐波。产生大量谐波对电网会造成谐波污染，并网逆变器输出轻载时，谐波明显增大。光伏在额定出力的 20%以下时，电流谐波总畸变率（ THD）会超过 5%。若并网点含有多个谐波源，产生叠加高次谐波的功率谐振。 （ 3）孤岛效应：分布式光伏发电各逆变器互相干扰，引起强大的电流冲击，发电功率与负载基本平衡，以致供电因故障或停电维修而中断时，未能及时检测出各个光伏发电系统的停电状态而脱网，构成无法掌握的自给供电孤岛。孤岛效应产生时，是无法辨识到自给供电系统的存在，往往引起安全事故。并网点供电电压和频率不稳定，发生较大的波动的孤岛系统中的电压和频率，将对供电设备造成损坏。 （ 4） 电网效益：光伏系统自身不具备调峰和调频能力， 并网发电时，由于电网高峰负荷造成很大的冲击，对光伏系统自身是极其不利。并网前，准备相应的旋转备用机组，为光伏发电系统解决高峰的调峰问题。良好的电网规划和良好的电网负荷预测，可以对光伏发电引入提供保证，提高电网的发电效益。 3 谐波影响分析 分布式光伏发电并网限制在 10kV 及以下电压等级， 不超过 6 兆瓦的光伏发电项目的并网点总装机容量，分布式光伏发电对并网点谐波影响： （ 1）分布式光伏发电建模仿真获得的数据分析并网的谐波指标，必须搜集变电站的设备参数（主变、线路、无功补偿电容器、逆变器等） 。 （ 2）考虑背景谐波水平的分析结果，最终得到各次谐波数值， 要以背景谐波实测数据叠加仿真数据为主， 叠加过程中，不确定注入谐波的相角时，可以用下式计算： （ 1） 式中：K 为叠加系数，n 为各次谐波。 4 结语 总之，研究分布式光伏发电并网点谐波的影响是非常必要的。应用新的技术，采取合理、有效的技术手段防范和治理谐波电流，以确保分布式光伏发电系统电能质量、安全和可靠，使电网安全稳定运行。 参考文献： [1] 孙芊 . 针对分布式光伏接入的配电网改造方法 [J]. 电力系统及其自动化报 ,2014(5). [2] 池源 . 关于影响光伏并网发电系统谐波水平因素的探讨 [J]. 电器与能效管理技术 ,2014(13).