目前并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響和解決方案 -----江陰和源
2023-11-15
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1、并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響
光伏發(fā)電作為新興能源發(fā)電的一種，光照、溫度等外部條件隨機(jī)性、波動性、間歇性的變化是光伏發(fā)電對電網(wǎng)產(chǎn)生影響的主要因素。其中DC-AC逆變器是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要的器件之一，光伏逆變器質(zhì)量的優(yōu)劣在一定程度上決定光伏發(fā)電的電能質(zhì)量能否達(dá)到并網(wǎng)要求。光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應(yīng)等問題，使電網(wǎng)電能質(zhì)量下降，對電網(wǎng)造成不利影響，嚴(yán)重時(shí)會于擾供用電系統(tǒng)及光伏發(fā)電設(shè)備自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
（1）直流注入問題
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中另一亟待解決的關(guān)鍵問題：直流注入。直流注入影響了電網(wǎng)電能質(zhì)量，同時(shí)也給電網(wǎng)中的其他設(shè)備帶來不利影響。IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000明確規(guī)定，并網(wǎng)發(fā)電裝置向電網(wǎng)注入的直流電流分量不能超過裝置額定電流的0.5%。直流注入產(chǎn)生的主要原因有：1)電力電子器件自身分散性及驅(qū)動電路不一致不對稱等；2)大功率控制器內(nèi)部測量器件存在的零點(diǎn)漂移和非線性；3)各開關(guān)器件線路阻抗的不對稱，寄生參數(shù)和寄生電磁場的影響等。
目前抑制直流注入的主要方法包括：1)檢測補(bǔ)償法；2)優(yōu)化設(shè)計(jì)逆變器并網(wǎng)結(jié)構(gòu)；3)電容隔直；4)虛擬電容法；5)裝置隔離變壓器等。
（2）孤島效應(yīng)的影響
孤島效應(yīng)是指由于人為因素或自然因素造成電網(wǎng)中斷供電，但各個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)沒能及時(shí)檢測出電網(wǎng)停電狀態(tài)，從而光伏發(fā)電系統(tǒng)與其相連的負(fù)載仍獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)象。隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電接入滲透率的不斷擴(kuò)大，孤島效應(yīng)發(fā)生的幾率也逐漸增加。
孤島效應(yīng)的形成對整個(gè)配電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不利影響，主要包括：
1)當(dāng)配電網(wǎng)切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)電能，若該供電系統(tǒng)容量太小或未安裝儲能裝置，均有可能造成用戶負(fù)荷出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定和閃變問題。
2)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)孤島效應(yīng)之后，如果原供電模式為單相供電模式，有可能使配電網(wǎng)發(fā)生三相負(fù)荷不對稱的問題，進(jìn)而降低其余用戶的用電整體質(zhì)量。
3)在供電恢復(fù)過程中，由于電壓相位之間不同步將會產(chǎn)生浪涌電流，有可能導(dǎo)致電網(wǎng)波形瞬間下跌。
4)在孤島效應(yīng)發(fā)生位置，其電壓和頻率波動性較大，降低了電能質(zhì)量，且孤島中的電壓和頻率不受電網(wǎng)控制，可能會造成系統(tǒng)電氣設(shè)備損壞和重合閘故障等，同時(shí)可能會對電網(wǎng)維修人員造成個(gè)人安全隱患。
（3）針對孤島效應(yīng)產(chǎn)生的影響，主要有以下解決方法：
1）優(yōu)化并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法，分析光伏發(fā)電對配電網(wǎng)故障電流大小、方向及分布的影響，提高故障情況下負(fù)荷切除速度和孤島劃分的選擇技術(shù)。
2)提高孤島檢測技術(shù)的可靠性，配置快速有效的反孤島保護(hù)功能，在異常情況下準(zhǔn)確判斷孤島狀態(tài)并迅速有效中斷并網(wǎng)。
（4）針對光伏接入后的電能質(zhì)量問題，提出抑制諧波的有效方法：
1)從諧波產(chǎn)生的源頭入手，對諧波源進(jìn)行改造，減少諧波注入。
2)裝置有源或無源濾波器，以吸收某些特定次數(shù)的諧波電流。
3)裝設(shè)附加的諧波補(bǔ)償裝置。
（5）電壓波動和閃變
在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，有功功率、無功功率隨時(shí)間變化才會引起系統(tǒng)電壓波動。而對于光伏發(fā)電而言，光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率的變化是引起接入點(diǎn)電壓波動和閃變的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件光伏電池板的大功率點(diǎn)與輻照強(qiáng)度、天氣、季節(jié)、溫度等因素密切相關(guān)，這些自然因素的隨機(jī)變化引起輸出功率變化較大，致使負(fù)載功率在一定范圍內(nèi)變化頻繁，從而引起并網(wǎng)用戶負(fù)載端電壓波動和閃變。
目前針對光伏電壓波動和閃變問題的解決方法主要有：1)優(yōu)化光伏并網(wǎng)逆變器控制策略，提高電壓的穩(wěn)定性；2)加大變電站母線短路容量；3)在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數(shù)，以增加有功功率總量，從而降低無功功率變化量，滿足電壓波動的限值要求。
（6）諧波影響
光伏發(fā)電是通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電，再經(jīng)過并網(wǎng)型逆變器將直流電變換成交流電實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設(shè)備。并網(wǎng)逆變器內(nèi)部電力電子元件的大量應(yīng)用，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負(fù)載，造成波形失真，給系統(tǒng)帶來大量諧波。逆變器開關(guān)切換速度的延遲，也會影響電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部整體動態(tài)性能的輸出，產(chǎn)生小范圍的諧波。如果在天氣(輻照度、溫度)變化較大的情況下，諧波的波動范圍也會隨之變大。盡管單臺并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象。此外，逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進(jìn)而導(dǎo)致耦合諧振現(xiàn)象，造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴(kuò)大，產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)問題。
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