并网光伏发电系统对电网电能质量的影响

安科瑞 徐浩竣

江苏安科瑞电器制造有限公司

18706168062

随着全球能源危机的加剧和环保意识的提高，光伏发电作为一种清洁、无污染的可再生能源，逐渐成为能源结构转型的重要方向。然而，并网光伏发电系统因其随机性、波动性和间歇性的特点，对电网电能质量产生了显著影响。本文旨在分析并网光伏发电对电网电能质量的影响，并探讨相应的治理措施。

光伏发电系统中，逆变器是产生谐波的主要设备。逆变器内部电力电子元件的大量应用虽然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，导致波形失真，给系统带来大量谐波。特别是在天气（辐照度、温度）变化较大的情况下，谐波的波动范围会随之变大。多台并网逆变器并联后，输出电流的谐波会产生叠加，形成输出电流谐波超标现象，甚至引发并联谐振，导致特定次并网谐波电流扩大。

光伏发电系统的输出功率受日照、天气、季节、温度等自然因素影响，具有显著的不稳定性。这种不稳定性导致光伏发电系统接入点电压波动和闪变，影响电网电压稳定。特别是当输出功率变化较大时，负载功率在一定范围内频繁变化，进一步加剧了电压波动和闪变问题。

并网光伏发电系统中，直流注入是影响电网电能质量的另一关键问题。直流注入不仅影响电网电能质量，还可能对电网中的其他设备造成不利影响。根据IEEEStd929-2000与IEEEStd547-2000标准，并网发电装置向电网注入的直流电流分量不能超过装置额定电流的0.5%。直流注入的主要原因包括电力电子器件自身分散性、驱动电路不一致、大功率控制器内部测量器件的零点漂移和非线性等。

孤岛效应是指由于电网中断供电，但并网光伏发电系统未能及时检测出停电状态，从而继续独立运行的现象。孤岛效应对配电网电能质量造成不利影响，包括电压和频率波动、系统电气设备损坏、重合闸故障、电网维修人员安全隐患等。此外，孤岛效应还可能导致配电网三相负荷不对称，降低用户用电质量。

针对谐波问题，可以采取以下措施：

1. 源头治理：对谐波源进行改造，减少谐波注入。

2. 加装滤波器：装置有源或无源滤波器，以吸收特定次数的谐波电流。

3. 谐波补偿装置：装设附加的谐波补偿装置，对谐波进行补偿。

2. 电压波动和闪变治理

针对电压波动和闪变问题，可以采取以下措施：

1. 优化逆变器控制策略：提高电压的稳定性。

2. 加大变电站母线短路容量：增强电网的电压调节能力。

3. 提高功率因数：在光伏电站容量确定的情况下，提高其功率因数，增加有功功率总量，降低无功功率变化量。

3. 直流注入治理

针对直流注入问题，可以采取以下措施：

1. 检测补偿法：实时监测并补偿直流注入。

2. 优化设计逆变器并网结构：减少直流注入的可能性。

3. 电容隔直：使用电容器隔离直流分量。

4. 虚拟电容法：通过软件算法模拟电容效果，减少直流注入。

5. 装置隔离变压器：使用隔离变压器隔离直流分量。

4. 孤岛效应治理

针对孤岛效应问题，可以采取以下措施：

1. 优化孤岛检测方法：提高孤岛检测的准确性和可靠性。

2. 配置反孤岛保护功能：在异常情况下快速切断并网连接，防止孤岛效应的发生。

3. 加强电网运行调度：结合新能源发电电功率预测进行电网运行调度，减轻孤岛效应对电网的影响。

5.安科瑞的解决方案

5.1电能质量在线监测

APView500 电能质量在线监测装置采用了高性能多核平台和嵌入式操作系统，遵照IEC61000-4-30《测试和测量技术-电能质量测量方法》中规定的各电能质量指标的测量方法进行测量，集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测、电压不平衡度监测、事件记录、测量控制等功能为一体。装置在电能质量指标参数测量方法的标准化和指标参数的测量精度以及时钟同步、事件标记功能等各个方面均达到了 IEC61000-4-30 A 级标准，能够满足 110kV 及以下供电系统电能质量监测的要求。

5.2防孤岛保护装置

防孤岛保护装置检测到并网点有逆功率、频率突变、 等异常数据时，即发生孤岛现象时，装置可配合断路器快速切除并网点，使本站与电网侧快速脱离，保证整个电站和相关维护人员的生命安全。

并网光伏发电系统对电网电能质量的影响是多方面的，包括谐波、电压波动和闪变、直流注入、孤岛效应等问题。为了确保电网的安全稳定运行，需要采取一系列有效的治理措施。通过源头治理、加装滤波器、优化控制策略、加强监测与预测等手段，可以显著降低并网光伏发电对电网电能质量的影响，推动新能源产业的持续健康发展。