光伏电站运行中存在的问题及对策

张雪荣

摘要：本文探讨了光伏电站运行中存在的问题及对策。

关键词：光伏电站电网运行

太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点。太阳能光伏发电系统作为一种在国内新兴的发电项目，具有安全可靠、无噪声、清洁能源以及资源丰富、没有地域界线、建设周期短等特点而成为人们关注的热点之一，它的应用将大幅降低温室气体的排放，减少人类对化石燃料的依赖，有效降低环境污染，与传统化石能源相比较具有明显的环境效益。

1太阳能光伏发电站的主要构件和工作原理

太阳能光伏发电系统是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，其关键元件是太阳能电池板。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，将一定数量的光伏组件组成串，通过直流汇流箱多串汇集，经逆变器逆变与升压变压器升压后，变成符合电网频率和电压等级要求的电源。即由一定数量的光伏组件→直流汇流箱→直流柜→逆变器→升压变压器的组合体构成一个光伏发电单元，由一个或多个光伏发电单元的组合体就构成一个光伏发电站。（如右图）

在公网正常运行的情况下，光伏电站通过逆变器中的防孤岛装置对公网的电压、频率、相位、功率因数等进行不断检测，当检测到逆变器工作时的电压、频率与系统电网相一致，且功率因数又达到设定的要求值时，逆变器自动与系统并网运行，否则，逆变器会一直处于监测过程中。

2光伏电站运行对电网的影响

光伏发电站作为可再生能源发电的重要组成部分，具有波动性和间歇性的特点，运行中的光伏电站易使电网产生谐波污染、电压波动和闪变。

首先，光伏发电站并网运行会对电网产生谐波污染。逆变器的防孤岛保护采用被动检测（检测系统电压、频率）与主动移频，不断地对系统电压、频率进行扰动，在判断是否孤岛运行的同时，也使逆变器产生了谐波污染；另外光伏电站在将直流电能经逆变器转换为与电网同频率、同相位的正弦波交流电能的过程中会产生高次谐波，特别是逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在10%额定出力以下时，电流总谐波畸变率甚至会达到20%以上。因此，在太阳能光伏发电站实际并网时需对其谐波电压（电流）进行测量，检测是否满足国家标准的相关规定，如不满足，则需采取加装滤波装置等相应措施，以避免对公网的电能质量造成污染。

其次，光伏发电站易造成电网的电压闪变。电站的启动和停运与气候条件等因素有关，其不确定性是造成电网电压闪变的重要原因之一；同时，若光伏发电站输出电压突然变化，系统和反馈环节的电压控制设备相互影响也容易直接或间接引起电压闪变。

最后是对系统电压的影响。光伏发电站的电压波动可能是由于出力变化或者电气系统引起，若大量光伏电站接入到配网的终端或馈线末端，由于存在反向的潮流，电站电流通过馈线阻抗产生的压降将使沿馈线的各负荷节点处电压被抬高，导致一些负荷节点的电压越限。另外，光伏发电站输出电流的变化也会引起电压波动，当光伏发电站容量较大时，将会加剧电压的波动，可能引起电压、无功调节装置的频繁动作，加大配电网电压的调整难度。

3运行前期存在的问题及对策

太阳能光伏发电站的并网运行目前在国内属于新兴事物，是大势所趋。虽然光伏企业及电力部门都在积极探索中，但因缺乏经验及参考资料有限等原因，双方配合起来还是困难重重。首先，光伏企业让非电力专业的厂家来安装调试专业监控信号，专业术语沟通困难，造成远动信息对接不规范；其次光伏企业电工属临时招聘，业务技能有限且水平参差不齐，造成操作管理困难；再次光伏企业领导对电力行业标准了解甚少，安装设备不达标、不规范，建站前期与电力企业缺乏沟通，工程草草了事后又急于验收送电，结果适得其反，造成一项工程重复验收、多次改动的被动局面，给双方的人力、物力、财力都造成了不必要的浪费。目前偃师电网除已经并网运行的阿特斯15个接入点30兆瓦光伏发电站外，方孔光伏电站的11个接入点20兆瓦分布式光伏发电项目也正在紧锣密鼓进行中，并网运行已指日可待。为此我们及时总结经验，吸取教训，组织有关人员编写了分布式光伏电站新设备并网的管理规定，以此规范光伏电站的并网运行，保证与之并网的公网安全；另一方面也给新建的光伏电站提供参考，使其在建设过程中尽量规范，少走弯路。

4运行中出现的问题及对策

太阳能光伏电站本身是依靠太阳光照进行发电，天气的阴晴、太阳光照时间的长短、光照紫外线的强弱及所处环境对太阳能板的污染程度等都对光伏电站的发电量影响很大。因前期运行的阿特斯光伏电站没有设计储能设备，所发电量即发即用，一天中产生的负荷曲线、功率因数等也随日出日落而变化明显，这对安全、可靠、稳定运行的电力系统来说无疑是一个致命的弱点。

公司调度管辖范围内的30MW分布式光伏发电项目，目前已并网运行15个发电站，分别通过10kV#1英岳线、2英岳线、2潘谷线、岳后线上网。其中一条10kV#1英岳线上光伏发电站的接入点就有10个之多，但接入容量仅10.75MW，属于典型的接入点多面广容量小的接线方式，给上网线路的安全、稳定、可靠运行带来了一定的负作用，直接导致线路工作时倒闸操作量大，停、送电时间延长，检修维护麻烦以及线路跳闸时故障点查找困难等诸多问题，同时也给调控值班员平时的工作增加了难度。

按照国家标准光伏电站均配置有防孤岛保护。在公网突然失电时，防孤岛保护将在2s内动作将逆变器停运。由于阿特斯光伏电站目前并网运行的逆变器多达56台，逆变器防孤岛保护采用被动检测与主动移频相结合的检测方法，理论上任何单台运行的逆变器在公网断电时均能立即并可靠动作将逆变器停止运行，但多台逆变器并列运行时的防孤岛保护动作可靠性问题目前在行业内尚无成熟结论。

实际运行中，我们曾对接入点较少的2潘谷线做过防孤岛保护的可靠性测试。断开2潘谷1开关后发现2潘谷线上所带光伏电站的电压、电流、有功、无功等数据仍呈动态变化，且变化时间超过3分钟，3分钟后光伏电站远动中断，因此无法确定2潘谷线孤网运行的具体时间。

由于并列运行的多台逆变器防孤岛保护在一定条件下存在死区（逆变器型号不同时情况更严重），在上网线路断电时极易造成孤网运行。投入重合闸的10kV或35kV并网线路在发生瞬时故障时，由于10kV和35kV开关均不具备检同期能力，又极易造成非同期合闸，这将直接威胁开关、线路和主变的安全。

另外光伏电站的运行值班人员全部是从社会上临时招聘，业务技能参差不齐且能力有限，这就造成对调度指令的理解和执行均存在较大难度。

同时，光伏发电站并网的逆变器易产生高次谐波、三相电流不平衡等问题。通过对阿特斯光伏电站并网运行一段时间的观察，发现天气越晴朗，电压波动越小，雾霾天气对公网变电站的母线电压波动峰值及频率均影响较大。具体如下：

①公网变电站10kV母线电压波动与所带的光伏电站并网容量有关，容量越大，母线电压波动越严重。②公网变电站10kV母线电压波动与天气密切相关，在高辐照度情况下，光伏电站并网时电压波动甚微，在低辐照度情况下，光伏电站并网时会出现电压波动，而且辐照度越低，电压波动越严重。③公网变电站10kV消弧线圈投入后，未能抑制该10kV母线电压波动情况，说明该情况为线性谐振的可能性不大，是否与公网变电站10kV系统其他设备共同作用形成铁磁谐振或参数谐振还有待于思考。

针对运行中存在的问题，我们先后多次组织公司和光伏企业有关人员一起进行讨论、分析，并最终形成了行之有效的解决问题的办法。

①由于1英岳线上接入点太多，每次工作时都提前与有关部室及配电所沟通，采取集中人力、物力共同操作的方法，尽量缩短操作时间。②针对光伏电站的孤岛运行问题，要求新建的伊滨区方孔光伏电站接入同一变电站的逆变器尽量采用统一型号；单条线路的光伏接入点应尽可能的减少；接入点开关应具备远方操作功能且遥信功能准确可靠，保证在公网断电的情况下能够远方操作。③对非同期合闸问题，我们制订了《光伏电站运行管理办法》，明确接有光伏电站的上网线路两端重合闸退出运行，以解决非同期合闸问题。④针对光伏电站人员素质参差不齐问题，我们有针对性地对光伏电站值班员进行了专项培训，并随时解答他们提出的问题。⑤为了解决上网变电站母线电压波动问题，我们与阿特斯光伏电站的有关技术人员进行了多次沟通，最终确定在每个逆变器上加装滤波器，使其在检测系统电压和频率的同时，滤波装置能先将检测到的不符合电网运行要求的高次谐波滤掉，再进行直流变交流的转换，从而达到滤高次、通标准谐波的目的。

经过一段时间的运行观察和调整，目前已经并网运行的15个光伏电站全部运行平稳、可靠，公网变电站的母线电压也基本保持在合格范围内，达到了预期的效果。

参考文献：

[1]李烨.光伏电站有功功率控制策略研究[D].电子科技大学，2013.

[2]彭玉利.太阳能光伏发电技术应用综述[J].河南科技，2012（19）.

[3]雷一，赵争鸣.大容量光伏发电关键技术与并网影响综述[J].电力电子，2010（03）.