光伏发电系统并网电能质量分析与研究

李琳 董文静 朱希龙 刘运好 李科翰 原忠华

摘要：以福禄克F435为监测仪器，对沈阳农业大学40 kW光伏示范点进行为期一周的电能质量监测，将所得数据导入matlab中进行处理，根据电能质量要求对其进行分析评估。对比国家电能质量标准可知，电压偏差、电压骤升骤降、频率偏差及闪变等电能质量均未超限，符合国家标准。

关键词：光伏发电站；福禄克435；电压偏差；电压骤升骤降；闪变

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）07-0016-03

太阳能是丰富的可再生能源，既可免费使用，又无需开采和运输，且清洁无污染。太阳能光伏发电根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池（光伏电池）将太阳能直接转化成电能。与传统的发电技术相比，光伏发电技术受外界环境影响较大，输出功率存在间歇性和不确定性，且通过大量电力电子器件并入电网，给电网带来很多新的电能质量问题。以沈阳农业大学40 kW光伏示范系统为研究对象，开展电能质量测试和评估，研究光伏电站接入电网的运行特性及对电能质量的影响，为制定全面有效的光伏电站测试评估方案积累经验。

1 信电学院40 kW光伏系统简介

沈阳农业大学光伏示范发电系统（见图1）容量为40 kW，接入0.38 kV电网。光伏组建类型是普通多晶组件和双玻组件，分为3个阵列：一是由两组10 kW普通多晶组体20块电池板串联成一个组件，再由2组组件并联到一台10 kW三相并网逆变器；二是由10 kW双玻组件组成，一共40块太阳能板，每10块太阳能板组成一组组串，每2组组串并联到一台5 kW双向储能逆变器，再由两台逆变器接到蓄电池上；三是10 kW双玻组件，每一块太阳能板接微型逆变系统，由15，15，10块太阳能板串联成3组组串，再并联到一台控制器。

选取其中10 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2所示。电能质量测试装置需满足《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IEC61000-4-30A级测试精度要求，用福禄克F435电能质量分析仪进行监测测试。

2 电能质量相关标准

2.1 供电电压偏差

正常供电为380 V，但由于435没有380 V的标准，所以将系统标称电压设为398 V。光伏电站接入电网后，应满足《GB/T 12325-2008 电能质量供电电压偏差》（见表1）的要求，20 kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的-7%～+7%。根据电压偏差计算公式（1）计算所测量电压是否超限：

式中：Ua为电压偏差；Ub为系统标称电压；Uc为电压测量值。

2.2 电压的骤升骤降

光伏电站接入电网后，当电网工作期间供电电压突然降低到标称电压Uc的90%和10%之间时，在很短时间内恢复正常的时间称之为电压骤降。电压骤降的持续时间通常在10 ms～1 min之间。当电压有效值上升至额定值的110%以上，典型值为额定值的110%～180%，称之为电压骤升，其持续时间为0.5个周期至1 min。

2.3 闪变

根据GB/T 12326-2008规定，电力系统公共连接点在系统正常运行方式下，以1周（168h）为测量周期，所有长时间闪变值Plt都应满足表2要求，短时间闪变值Pst都应满足表3的要求。

3 电能质量监测数据分析

3.1 电压偏差分析

根据图3所示的电压偏差示意图可得出电压偏差分析结果（见表4）。

由表4可知，三相电压AB，BC，CA的系统标称电压Ub都为398 V，电压测量值Uc都在406～409 V之间。根据式（1）计算出的结果可知，电压偏差的范围Ua在2.1%～2.6%之间，并未超出表1中的电压等级在20 kV及以下的依据标准（-7%～+7%），故三相电压AB，BC，CA均未超限

3.2 电压暂升暂降

根据图4可以看出，以AB相为例，电压始终处于408 V左右的状态，并未出现降到358 V以下或者升到437 V以上的情况，参考标准过后发现并未发生暂升暂降现象。

3.3 闪变分析

利用福禄克435对闪变进行测量，测量值分析图像如图5所示。

根据所给标准可知，IEC规定低压网Pst=1，中压网Pst=0.9，高压网Pst=0.8，而监测使用的380 V属于低压网，短时间闪变后的变化值为0.06～0.08（见图5），并未超限。

长时间闪变Plt在电压V≤110 kV时为1.0，在V>110 kV时为0.8。监测环境为380 V，为低压环境，故长时间闪变的限值规定为1.0。

长时间闪变Plt的最大值并未超过0.07，符合国家标准未超限。

4 结论

光伏发电一直是新型发电方式的重点研究方向，而电能质量问题是影响光伏发电研究的重点之一。研究沈阳农业大学40 kW光伏系统示范点对光伏发电电能质量的影响，讨论并网光伏系统的电能质量，主要包括电压偏差、电压骤升骤降、频率偏差及闪变。将监测结果导入到matlab中，利用matlab转换出的数据和图表确定，总体电能质量并未超限，符合国家标准。光伏发电电能质量的监测可以为光伏发电系统的完善提供理论依据。

参考文献

[1] 艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013，30（1）：1-7.

[2] 李东.我国光伏产业现状与可持续发展策略研究[J].中外能源，2013，17（23）：28-37.

[3] 刘书强，董双丽，林荣超.某光伏并网电站电能质量研究[J].科技创新与应用，2016（18）：182-183.

[4] 任国用，江桂香，王方芳.试论分布式光伏并网发电系统接入配电网电能质量分析[J]，科技风，2016（1）：1.

[5] 肖少虎.低压配网中光伏发电系统的电能质量分析[J].科技资讯，2015（29）：34.