光伏发电系统谐波监测与评估研究

李琳 董文静 朱希龙 刘运好 李科翰

摘要：选取沈阳农业大学40 kW光伏发电系统谐波监测作为研究对象，应用福禄克435监测仪器对光伏发电系统进行为期一周的数据采集。根据分布式光伏电站接入电网时的电能质量要求，对光伏发电谐波水平进行评估，对比谐波评估结果判断是否符合国家标准。计算结果表明，该光伏系统接入点电压谐波畸变率及电流值均未超限，符合电能质量要求。

关键词：谐波监测；光伏发电系统；福禄克435；畸变率；电流值

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）05-0038-03

光伏发电系统将清洁的、丰富的、可再生的太阳能转化为电能，对缓解全球能源危机、保护生态环境等具有重要意义。光伏发电不仅节能减排、安全可靠，而且故障率低、寿命长，近年来得到蓬勃发展。典型的太阳能光伏发电系统由光伏电池组件、并网逆变器、配电箱、计量装置及上网配电系统组成，逆变器等非线性部件易产生谐波污染电网，因此有必要对光伏发电系统谐波等电能质量进行监测与评估，为光伏系统谐波控制与治理提供理论依据。以沈阳农业大学40 kW光伏示范系统为研究对象，设计光伏系统谐波监测方案，并对监测数据进行分析，依据国家电能质量相关标准对发电系统谐波水平进行评估。

1 光伏系统谐波监测方案

沈阳农业大学光伏示范发电系统装机峰值容量为40 kW，部分容量接入0.38 kV电网。采用的光伏组建类型是普通多晶组件和双玻组件，安装方式为屋顶固定式，其中20 kW通过三相并网逆变器并网运行；10 kW通过双向逆变器和800 Ah双向胶体蓄电池储能系统组成微网系统，组件发出的电能优先存储在蓄电池中，富余电量并入电网；10 kW双玻组件接微型逆变系统。选取其中20 kW三相逆变器并网组件为监测对象，监测点选取并网前公共连接点PCC处，如图1所示。谐波测试装置需满足《GB198862-2005电能质量监测设备通用要求》《光伏站接入电网测试规程》（Q/GDW618-2011），并符合IEC61000-4-30 A级测试精度要求，选取福禄克F435电能质量分析仪进行测试，仪器的采样率为10.24 kHz，分析谐波次数50次。

监测时间为2016年4月2—8日，为期一周，满足测试一个完整周期要求。测试采用连续测试方式。

2 电网谐波评估依据与指标计算

光伏电站接入电网后，公共连接点的谐波电压应满足GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》规定，畸变率计算公式为：

畸变率计算结果见表1。

光伏电站接入电网后，在标称电压为0.38 kV、基准短路容量为10 MVA条件下，公共连接点处的总谐波电流分量（方均根）应满足GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》规定，不超过表2中规定的允许值。其中，光伏电站向电网注入的谐波电流允许值，按此光伏电站安装容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。

沈阳农业大学公共连接点的最小短路容量为2.694 MVA，不同于正常基准短路容量10 MVA，各次谐波的电流允许值按式（2）确定：

式中：Sk为公共连接点的最小短路容量，MVA； Sk为基准短路容量，MVA；Ihp为表2中第h次谐波电流允许值，A；Ib为短路容量为2.694 MVA时的第h次谐波电流允许值。

3 测试数据分析

光伏发电系统并网后谐波是否合格，由接入点的短路容量、光伏系统装机容量及逆变器注入谐波电流大小决定，依据测试仪器Fluke435采集数据导入Matlab平台进行分析，对照上面计算的谐波电压、电流允许限值对谐波水平进行评估。

监测的非零三相电压谐波畸变率和电流谐波数据如表3和图2所示。

以AB相为例分析谐波特性，电压总谐波畸变率为0.99%；电压奇次谐波含量高于偶次谐波含量，其中3次、5次、7次、11次、19次、25次谐波含量比较高，畸变率分别0.17%，0.44%，0.62%，0.26%，0.22%，0.26%；对比总畸变率5%、奇次谐波电压畸变率限值4%，电压谐波均未超限。

以A相电流为例，电流值范围为0.02～0.94 A，而注入公共点的电流允许值最小值为24次谐波1.75 A，电流值未超限，符合国家标准转换后的电流允许值。监测时间范围内光伏系统谐波电能质量正常。

4 结论

光伏发电系统对电能质量的影响之一体现在谐波方面。光伏发电系统的连接方式、安装方位决定谐波的影响程度。根据光伏电站并网对谐波的相关要求，结合沈阳农业大学光伏示范点，对信电学院40 kW并网光伏电站进行谐波评估计算，分析谐波对电压、电流产生的影响，通过实测数据与计算数据对比，得出光伏系统在任意辐照度下基波及谐波输出特性。电压奇次谐波畸变率大于偶次谐波畸变率，电压畸变率最高为5，7次谐波；最高电流值总是小于1 A，偶次谐波的电流值略大于奇次谐波电流值，电流值最大的是6，8次谐波。虽然谐波对光伏系统的影响不能够完全消除，但根据所提供的理论依据可以在一定程度上减少谐波对光伏系统的影响。

参考文献

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[3] 丁明，王伟胜，王秀丽，等.大规模光伏发电对电力系统影响综述[J].中国电机工程学报，2014，34（1）：2-14.

Abstract： 40kW harmonic detection of PPGS system in Shenyang Agricultural University was selected as research object， and using Fluke 435 monitoring instrument the data was collected based on one-week monitoring. According to power quality requirements of the distributed photovoltaic power station connected to the power grid， the harmonic level of photovoltaic power generation was evaluated. Then according to harmonic evaluation results determined whether it was accord with the national standard. The calculation results showed that， the photovoltaic system access point voltage harmonic distortion rate and current values were not overrun， in line with the electric quality requirements.

Key words： harmonic detection； PPGS； Fluke 435； distortion factor； current value