浅谈分布式光伏用户侧并网处电能质量管理

摘 要：分布式光伏的接入给电网的系统规划、电能质量、继电保护等方面带来诸多问题。文章主要从电能质量的角度，分析了分布式光伏发电的用户侧并网产生的电能质量问题及目前常用的改善和管理方法。探讨在智能电网构架下，分布式光伏发电并网电能质量的研究方向。

关键词：分布式；光伏；并网；电能质量

随着社会的发展和科技的进步，人们对电力的需求也日益增大，而传统能源短缺和对环境保护的迫切要求使电力系统在扩大完善原有的大电网集中供电的同时，更应该不断开发利用新能源，加强可再生能源的利用，形成大电网与分布式电网相结合的新型供电模式。这种模式符合可持续发展道路。相对于传统石化能源，新能源普遍具有污染少、储量大的特点，对于解决当今世界严重的环境污染和资源枯竭难题具有重要意义。而对石油、煤矿等传统能源将加速减少的趋势，核能、风能、太阳能等新能源将成为重要能源。目前，就分布式光伏发电技术运用并成功并网运行的项目越来越多。然而，尽管分布式光伏发电技术有诸多优点，但接入大电网运行后给电能质量和电能调度运行带来了诸多影响。

1 分布式光伏電源对电网电能质量的影响

目前分布式光伏发电运行方式较多的是与公用电网并网运行，中小型光伏电站多数利用建筑屋顶来建设，就近接入安装地原有配电网实现并网运行，这样就相当于在原有配电网另一端接了一个小电源，形成市电与光伏电源并列为负荷供电的供电形式。分布式光伏系统并网所产生的电能质量问题主要包括谐波、电压波动、闪变等，影响有功及无功潮流、频率控制等特性。

由于光伏发电受天气、环境温度、安装位置、倾角和朝向等因素影响，输出功率会有所变化，变化率最大时甚至超过额定装机的10%，因此产生了发电量的不稳定问题，会影响对馈入电网的谐波。光伏并网的关键设备逆变器的质量与光伏发电馈入电网的电能质量也密切相关。目前，为最大利用逆变器容量和使其得到最大发电量，厂家会将并网逆变器的功率因数设定在一个较高的数值，如0.99。经验表明，逆变器长时间高功率因数运行会对电网稳定造成威胁；在当逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在10%额定输出以下时，输出电流的总谐波畸变率甚至会达到20%或更高。

分布式光伏系统并网对电压波动的影响要看具体情况，当分布式光伏与负荷协调运行（负荷与光伏发电量保持同步变化）时分布式光伏将对电压波动超抑制作用，当分布式光伏系统与负荷不协调运行时会使并网点系统的电压波动更加严重。如果并网点位置、容量和控制不合理，则会使配电网电压的调整难度增大并使其发生波动。现实运行项目中，负荷用电与光伏发电同步变化的情况较少，反之不协调运行情况较为多。

电压闪变和电压波动是同时存在的。闪变是指由于电网电压的波动，所引起的灯光闪烁对人眼视觉产生刺激的响应。它是电压波动引起的人眼的主观反应，是有害的。因分布式光伏系统的不稳定性，接入电网后会对电网产生电压闪变。

虽然分布式光伏并网的引入给电力系统带来诸多不确定性，使电能质量的一些方面进一步恶化，但是分布式光伏系统也有着改善电能质量的潜力。首先，分布式光伏并网系统能够及时快速地提供电能从而提高接入点电网系统的稳定性。其次，用户内部配网系统减少电压暂降持续时间能力明显不如逆变器形式分布式光伏电源系统，而逆变器形式公布式光伏电源系统的不同控制策略对电压暂降抵制效果影响较大。

2 分布式光伏用户侧并网处电能质量管理

为适应大规模、高容量光伏发电系统接入电网运行，同时保证电网的安全稳定，有必要研究光伏并网发电的新技术，包括储能技术、谐波抑制、新型并网逆变器等。就目前并网方式较多的用户侧内部配电网接入的分布式光伏电站而言，因其电量为就近生产就地消纳，靠近负荷侧，这样并网电能质量直接影响着用电负荷，所以对用户侧内部配电网接入的分布式光伏电源的并网电能质量管理是非常有必要的。针对上述关于分布式光伏电源用户侧并网对电能质量影响的问题，可以有以下几种解决之道。

通过对逆变器的调整能达到谐波抑制的目的，主要方案包括将多台逆变器并联运行的“群控技术”和在逆变器中使用交流滤波器的“综合补偿控制”。由于群控时对各逆变器的直流侧进行并联，提高了直流侧的容量，通过协调控制可以使只有有限台逆变器工作，可使最小数量逆变器工作在较高效率区，从而提高逆变器发电功率、降低谐波含量。而综合补偿控制是在实现有功/无功功率控制的同时，抵消产生的谐波分量。

实现分布式光伏并网电能质量治理的另一条路径是直接改变逆变器本身，采用先进的设计技术，最大限度抑制输出电流谐波，可采用选择先进的拓扑结构（如L-C或L-C-L）、电感和电容参数的优化设计、控制算法和PWM驱动方式的改进、提高内部采样精度、精准化设备运算精度等技术手段。所以，在设计过程中，设备选型时应该考虑技术过硬的产品厂商。

对于配电网的电压调整，最重要是合理设置光伏并网的运行方式。在阳光充足时，光伏电源出力比较大，若线路轻载，光伏电源将明显抬高并网点的系统电压。如果并网点设置在馈电线路的末端，则末端电压会越过上限，此时必须合理设置运行方式，如规定光伏系统必须参与调压，吸收多余的无功。在夜间重负荷时，光伏通常无有功出力，但仍可提供无功出力，改善线路的电能质量。

3 智能电网为分布式光伏并网提供保障

智能电网是电网技术发展的必然趋势，是社会经济发展的必然选择。智能电网的发展重点任务之一，就是提高用电侧的智能化，通过为各种分布式电源提供灵活接入的动态平台，为能效和用户需求侧管理提供智能化管理控制平台等方法，解决分布式电源供电安全和可持续发展问题。我国的智能电网，可以及时便捷地采集与响应电源侧和用户侧的多元化需求，促进分布式电源的良好发展。我国智能电网具备自愈技术，可快速定位故障并采取相应保护措施，快速恢复停电区域的供电，能够满足分布式发电接入对故障定位、隔离和恢复供电提出的挑战。在分布式光伏电源的接入上，智能电网发挥着重要的作用，它能够更加灵活地调配新能源入网，在保证电网安全的前提下，最大规模地利用新能源。

4 结束语

对于分布式光伏并网的电能质量，电网企业应进一步加强并网前的电能质量评估和并网调试的检测及验收，加快并网技术研究，制定更完善的标准及规范。对于并网引起电能质量污染的项目，提出配套建设相应治理装置，并在并网后开展电能质量实时监测，加强并网处电能质量管理。

分布式光伏发电作为新型环保能源，在其蓬勃发展的情况下，越来越多的光伏接入电网运行，也会对电网的动态电能质量问题产生影响，需要得到广泛关注和重视。另外，研究分布式光伏接入电网的运行特性、电能质量影响及有效的改善措施，是促进并网光伏电站进一步发展和推广，发挥并网光伏电站功能和优势的前提与基础。

参考文献

[1]分布式光伏发电接入系统典型设计[Z].国家电网，2012.

[2]Q/GDW 617-2011.光伏电站接入电网技术规定[S].国家电网，2011：663.

[3]GB/T 14594.电能质量公用电网谐波[S].

[4]GB/T 12326.电能质量电压波动和闪变[S].

作者简介：邓金勇（1986-），男，浙江杭州人，学历：本科，研究方向：光伏发电。