分布式光伏电源并网对电网电能质量影响的研究

潘丽珠 程 石

（安徽新力电业科技咨询有限责任公司，安徽 合肥230000）

光伏电站以并网形式运行期间，在电压数值较小时，光伏电站内部含有的电缆、变压器等元素，极有可能对并网电流、电压等因素造成影响。在发电功率增长过程中，配电网逆变器能够依据实际需求，完成无功功率的发射与吸收等程序，以此提升大型光伏电站的协调能力。光伏电站运行逆变器时，能够将直流转变成交流，其转换过程中形成了谐波，将会在电网中危及电能质量。

1 分布式光伏电源并网的危害类型

1.1 谐波干扰

如图1 所示，为光伏电源并网接线图。在逆变器运行期间，将会形成谐波，对电能质量产生的威胁表现为：

1.1.1 谐波形成时，引起旋转电机运行受阻，增加运行损耗，继而引起机械产生高频振动，由此形成较高频率的噪声与谐波，将会影响电能供应的稳定性。

图1 光伏发电并网接线图

1.1.2 谐波电流能够提升变压器绕组损耗值，使其处于较高温度环境中。谐波在一定程度上，增加了变压器运行噪音，谐波源形成的电流，在经过变压器时，受到了谐振作用，将会引起变压器发生损坏问题。

1.1.3 交流电网中存在的异常电压问题，将会形成变流器控制角存在不等问题，在正反馈作用下，提升系统电压发生异常的可能性，引起整流器运行不畅，严重时将会引起换相设备发生破损。

1.1.4 谐波在运行期间，对继电保护、自动化运行系统产生一定影响作用，将会引起此类装置发生误动、拒动等问题[1]。

1.2 电压波动

当频率范围为1～10 时，将会引起电压波动问题，造成照明灯、配电网系统画面发生不稳定现象，让人们产生视觉不适感。此类干扰问题称之为“闪变”。当闪变现象较为强烈时，将会引起电机转动失稳问题，甚至损坏电子装置，对电网形成较为严重的公害威胁。

1.3 三相电压均衡性不足

光伏电站运行期间，逆变器实施三相触发时，将会产生触发对准性不足现象，引起网点三相电压形成对称性缺失问题。鉴于光伏电站作为辅助性运行系统，具有较低的负荷，实际产生的三相电压，可不予考虑。负序稳定干扰供电系统与设备的具体表现为：1.3.1 引起电力系统运行时，缺失继电保护装置，造成负序启动元件运行不畅问题。1.3.2 发电机、工厂运行发生异常振动，电动机设备发热。

2 电能质量控制措施

2.1 中心控制

2.1.1 提升配电网调度的协调性

配电网在实际接受调度指令时，将会采取指令响应措施，分布式光伏发电系统予以联动，针对逆变器运行期间产生的输出功率，实施调度指令的执行程序。然而，在此期间，调度指令的执行程序，含有不稳定性、渐发性等特点，对光伏列阵运行的功率参数产生威胁，由此形成功率不匹配问题，降低调度指令运行效果，影响着光伏电池能够输出功率的最大值。以超级电容器为基础，加强储能装置运行问题的解决效果，提升配电网调度指令执行的系统协调性。

2.1.2 采取低电压穿越形式

配电网在日常运行期间，将会发生不小于10%的电压偏差问题，应针对光伏发电系统开展电压调整措施，加强电压控制效果。针对光伏并网运行时实际产生并网功率，开展的有效处理措施为：容量消减，以此科学规避逆变器过流问题，如若电压偏差小于10%，且存在配电网电压相应减少的现象，电压偏差的5%将会发生功率不足问题。

2.1.3 优化储能元件荷电状态

以光伏发电系统运行能力为基础，全面提升其运行品质，将其运行的稳定性、抗干扰能力，作为切入点，应采取的有效措施为：保障电压取值的规范性，加强电压运行具有连续性，对电压开展有效的控制措施；如若电容器运行电压较小，可采取充电方案，提升电压补充效果；如若运行电压较高，应有效释放电能，防止其超出标准范围。为此，借助恒功率原理，加强充电、放电的运行有效性。提升电容器能量自控效果。

2.2 本地控制

如图2 所示，作为配电网本地控制的结构图。依据配电网本地控制的实际构成，应科学调整电容器与逆变器两者设备之间的契合度，可采取的有效控制措施为如图2。

2.2.1 科学控制电网侧结构，控制项目包括配电网调频功能、调压效果、调度运行能力。2.2.2 有效控制逆变器结构，减少负面影响，提升配电网系统运行效果。2.2.3 合理调整电容能量，保障配电网运行的稳定性。

3 仿真分析

3.1 搭建仿真模型

以某光伏电站为仿真实例，其实际发电总数为60MWp，发展列阵共有36 个，每个光伏发电列阵将会配置升压箱式变一台、交流汇流箱八台。并在每个汇流箱位置完成逆变器安置，配置逆变器数量为6，规格为40kW。有效整理光伏子方阵采取等值处理措施，具体数据如下：a.逆变器容量：等值处理前容量为40kW，等值处理后容量为1920kW。b.逆变器数量：等值处理前容量为6×8=48 台，等值处理后容量为1 台。c.变压器容量：等值处理前容量为1600kVA，等值处理后容量为1600kVA。d.变压器数量：等值处理前容量为1 台，等值处理后容量为1 台。

3.1.1 计算光伏电站无功率运行情况

针对光伏电站系统开展计算分析，以此判断光伏电站运行的稳定性，验证光伏电站运行对电压设置值产生的影响，加强电压设置值调整，提升电网电压抗干扰能力。开展仿真计算程序，计算结果为：在并网点位置允许的电压取值范围内，如若光伏逆变器发生超前问题，因数大于0.95，由此引起光伏电站运行功率范围为[24852，26582]MVar。当光伏逆变器表现出滞后现象，因数小于0.95，由此引起光伏电站运行功率范围为[11534，12751]MVar。

3.1.2 计算电能质量

a.谐波计算。依据仿真模型，开展仿真计算，测定光伏电站内部的谐波电流存在的影响问题。经计算发现：光伏电站在稳定运行情况下，同时逆变器功率运行因素=1.0 时，光伏电站并网点谐波电流有五种形态，频次分别为13、17、21、23、27，此五种数值均超出了国际规定的标准值。其中23、27 两个谐波次数，引起电压异常现象，谐波引起的异常运行指数高达3.51%，超出国际限值的2.0%。以13、23 为例，结合数据对比谐波电流的影响。A：谐波次数为13 时，其谐波电流大小为2.4A，谐波电流限值为2.45A，引起母线电压发生异常的概率为0.94%，异常限值为1.60%;B：谐波次数为23 时，其谐波电流大小为2.4A，谐波电流限值为1.41A，引起母线电压发生异常的概率为1.61%，异常限值为1.60%b.三相不平衡度。依据国家相关技术规定、能源行业运行准则等内容，光伏逆变器在运行期间，应妥善完成缺相保护，即采取自动化运行方式，完成缺相补充，提升逆变器的运行效果。由此发现：光伏电站在运行期间，将会处于缺相保护状态，降低了缺相事故发生的可能性；当光伏电站处于三相对称运行状态，将不会向电网输入负序电流。为此，在光伏电站实际运行时，三相电压失衡问题发生概率较小，三相电压失衡问题在运行的允许范围内。

3.2 仿真分析

3.2.1 调度模式

结合实际制定的配电网调度方案，有序开展仿真实验，验证此种方案的可行性。光伏电源自身运行的母线电压，以直流形式完成运行，具有较强的稳定性。当配电网以功率为主题，发出调度指令时，系统执行程序，借助仿真验证获得科学的调度程序。仿真实验现象：当响应时间取值范围为[0.1，0.2]秒时，系统将会在短时间内提升光伏列阵的运行功率；当响应时间取值范围为[0.2，0.4]秒时，分布式光伏的调整项目为无功与有功两种调度效果。基于电容器具备较为优异的协调性，有助于保持光伏调度指令响应与执行的稳定性。如若在控制母线电压时，将其有序控制在800V 范围内，电压将会产生较大偏差问题，有助于提升直流母线电压运行的抗干扰能力，此种优化方式能够提升功率响应速度，使其在前馈环节中获得优异的运行效果，科学防止直流母线电压发生浮动问题[2]。

图2 本地控制结构图

3.2.2 调频模式

以配电网调频为仿真主题，开展实验时发现：如若电频存在偏移现象，光伏电源将会想通与调频，以此轩主提升母线电压运行效果。当系统运行周期为[0.1，0.5]秒范围内，将会在0.4 秒内有效提升光伏列阵运行功率。如若系统功率不大于50.3 赫兹，光伏系统并网功率将会发生转变，以列阵输出功率为主要表现形式。如若持续提升配电网运行频率，当速率处于0.1 赫兹4%状态时，将会降低光伏系统运行产生的功率设定值。

如若光伏并网运行体系形成了较高的输出功率设定值，借助并网功率加以分析，电容器将会有效吸收功率剩余值。光伏列阵系统运行期间，系统整体输出功率应不大于设定值，在开展输出功率有效处理的基础上，即可开展光伏并网操作。在执行配电网系统调频程序时，应将800 伏特电压设定为基础性条件，科学控制电压偏差，将偏差控制在0.625%范围内，以此保障母线电压运行的抗干扰能力。

3.2.3 低电压模式

在低电压模式的仿真实验中，科学调整配电网设定电压，以母线电压运行条件为基础，保障配电网电压优化的有效性。光伏系统运行周期在[0.1，0.5]秒范围内，0.4 秒内时间范围内将会迅速提升功率。在功率响应不足0.3 秒时，电压将会下滑至0.8Un。如若光伏系统运行电压不大于0.98Un，逆变器将会予以响应，将系统运行形成的无功功率，输送至配电网系统中，

4 结论

综上所述，以配电网电能质量保障为基础，开展各项调节功能的优化设计，提出了中心、本地两个方面的控制措施。借助仿真实验过程，能够发现中心、本地两种控制措施具备可行性，有效完成光伏并网储能元件的科学调整程序，有效提升直流母线电压运行的抗干扰能力，切实提升配电网电能运行品质。