浅析微网运行中存在的电能质量问题

顾永超　张延迟　董贺贺　查燚

摘 要：随着能源危机及环境污染问题的日益凸显，新能源微网系统成为了解决这些复杂问题的关键。微网系统中存在着不稳定的分布式电源及大量电力电子设备，使得系统中存在一系列电能质量问题，典型的有谐波污染和功率因数不稳定等问题。主要以某屋顶光伏发电系统为例，浅谈了其中存在的电能质量问题。

关键词：微网；电能质量；电压谐波；功率因数

中图分类号：TM727 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.074

微网发电作为一种新兴的发电形式，可以有效缓解能源危机及环境污染等迫切问题。以某屋顶光伏发电系统为例，该工厂场内共有各种负荷12 MW左右，引入的光伏发电项目规模为5 MW左右。项目为屋顶安装方式，采用20 000块型号为250 W的高效率多晶硅组件组合而成。依据项目的发电能力，首年发电量为5 081 867 kW·h，预计寿命年限25年内发电113 580 000 kW·h。全寿命周期实现节约标准煤2 053.074 t，减排5 379.055 t CO2和17.451 t SO2。此外，光伏系统的建设减少了太阳光对屋顶的直接辐射，从而降低了夏天外界热量向室内的传导，起到了减少建筑能耗的作用。图1为光伏发电系统。

1 电气系统

在电气系统设计方面，该光伏系统采用20 000块光伏组件，光伏组件20片一串，16串一组汇入光伏专用防雷汇流箱，再经过逆变器连接到低压配电系统。

该并网光伏系统的基本工作思路为：①市电有电，太阳能辐照（白天晴天）能满足并网逆变器启动时，光伏系统并网运行，并能保证负载优先使用光伏系统所发的电量；②光伏发电系统不会对供电系统造成影响；③光伏组件支架可靠地与屋面接地体相连，能够有效地起到防雷保护作用；④每个汇流箱中都有高压直流熔断管，能有效对组串进行过电流保护；⑤光伏配电室的所有电气设备中均有避雷设备，能够有效地防止感应雷对系统造成损害；⑥在这一系统中，光伏发电规模较小，其所发电能只满足当地负荷的一部分用电，当地负荷的其余用电量需求则需要通过电网来供给。此外，这种新能源微网的投入运行能够切实减少CO2和SO2等气体的排放。这对于缓解能源和环境危机具有重要意义。因此，这类新能源微网项目非常适合在东部发达地区的负荷密集区开展，从而对当地电网起到积极的补充作用。

2 电能质量分析

新能源微网的开发利用具有光明的前景，但是随着新能源微网的接入，接入点的电能质量必然也会受到新能源微网系统的影响。仍以上述某项目的实际运行情况为例分析，测量该系统10 kV总进线101柜测试点的电能质量。图2为总谐波电压畸变率趋势，表1为2～25次谐波电压含有率95%概率值统计情况。

从表1可以看出，10 kV进线的5次谐波电压95%概率值均超过国标规定的限值，因此电压谐波不符合电能质量的要求。

该系统三项功率有效值的平均值趋势如3所示，表2为系统功率统计情况。

通过分析图3和表2我们发现，在光伏发电时段，系统会出现电压谐波和功率因数不稳定等电能质量问题。

3 结论

通过以上分析可总结得出，微网中常见的电能质量问题有谐波污染、功率因数不稳定和无功不平衡等。为了解决这些问题，在正常运行条件下，应着重研究以下2点：①在新能源资源（风能和太阳能等）出现波动的情况下，电压波动和无功变化时，如何快速、有效地调节；②如何在保证安全性、稳定性和经济性的前提下，通过调度来保证电网在因负荷波动而引起电压波动时的稳定性。在故障情况下，应重点研究如何保持新能源发电系统平稳地穿越故障，以及安全、可靠地分离并网。相信，随着技术的日趋成熟，微网必将成为一种清洁、高效和可靠的能源系统。

参考文献

[1]杨新法，苏剑，吕志鹏，等.微电网技术综述[J].中国电机工程学报，2014，34（01）：57-70.

[2]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥：合肥工业大学，2003.

〔编辑：刘晓芳〕