并網光伏發電對電網電能質量的影響
2024-08-07
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光伏發電作為新興能源發電的一種，光照、溫度等外部條件隨機性、波動性、間歇性的變化是光伏發電對電網產生影響的主要因素。其中DC-AC逆變器是并網光伏發電系統主要的器件之一，光伏逆變器質量的優劣在一定程度上決定光伏發電的電能質量能否達到并網要求。光伏發電并網運行時會產生諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應等問題，使電網電能質量下降，對電網造成不利影響，嚴重時會于擾供用電系統及光伏發電設備自身的安全穩定運行。
1諧波影響
光伏發電是通過光伏組件將太陽能轉化為直流電，再經過并網型逆變器將直流電變換成交流電實現并網。在光伏發電系統中，逆變器是產生諧波的主要設備。并網逆變器內部電力電子元件的大量應用，提升了系統的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負載，造成波形失真，給系統帶來大量諧波。逆變器開關切換速度的延遲，也會影響電網系統內部整體動態性能的輸出，產生小范圍的諧波。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。盡管單臺并網逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波會產生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現象。此外，逆變器并聯容易產生并聯諧振，進而導致耦合諧振現象，造成特定次并網諧波電流擴大，產生并網電流諧波含量超標問題。
針對光伏接入后的電能質量問題，提出抑制諧波的有效方法：
（1）從諧波產生的源頭入手，對諧波源進行改造，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的諧波電流。
（3）裝設附加的諧波補償裝置。
2電壓波動和閃變
在傳統配電網中，有功功率、無功功率隨時間變化才會引起系統電壓波動。而對于光伏發電而言，光伏發電系統有功功率的變化是引起接入點電壓波動和閃變的主要因素。光伏發電系統核心部件光伏電池板的大功率點與輻照強度、天氣、季節、溫度等因素密切相關，這些自然因素的隨機變化引起輸出功率變化較大，致使負載功率在一定范圍內變化頻繁，從而引起并網用戶負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）優化光伏并網逆變器控制策略，提高電壓的穩定性；
（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，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。
3直流注入問題
并網光伏發電系統中另一亟待解決的關鍵問題：直流注入。直流注入影響了電網電能質量，同時也給電網中的其他設備帶來不利影響。相關規定明確，并網發電裝置向電網注入的直流電流分量不能超過裝置額定電流的0.5%。直流注入產生的主要原因有：
（1）電力電子器件自身分散性及驅動電路不一致不對稱等；
（2）大功率控制器內部測量器件存在的零點漂移和非線性；
（3）各開關器件線路阻抗的不對稱，寄生參數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：檢測補償法；優化設計逆變器并網結構；電容隔直；虛擬電容法；裝置隔離變壓器等。
4孤島效應的影響
孤島效應是指由于人為因素或自然因素造成電網中斷供電，但各個并網光伏發電系統沒能及時檢測出電網停電狀態，從而光伏發電系統與其相連的負載仍獨立運行的現象。隨著并網光伏發電接入滲透率的不斷擴大，孤島效應發生的幾率也逐漸增加。孤島效應的形成對整個配電網電能質量造成不利影響，主要包括：
（1）在孤島效應發生位置，其電壓和頻率波動性較大，降低了電能質量，且孤島中的電壓和頻率不受電網控制，可能會造成系統電氣設備損壞和重合閘故障等，同時可能會對電網維修人員造成個人安全隱患。
（2）在供電恢復過程中，由于電壓相位之間不同步將會產生浪涌電流，有可能導致電網波形瞬間下跌。
（3）光伏發電系統出現孤島效應之后，如果原供電模式為單相供電模式，有可能使配電網發生三相負荷不對稱的問題，進而降低其余用戶的用電整體質量。
（4）當配電網切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發電系統供應電能，若該供電系統容量太小或未安裝儲能裝置，均有可能造成用戶負荷出現電壓不穩定和閃變問題。
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