并网光伏发电系统对电网电能质量的影响分析

褚磊

（黄河上游水电开发有限责任公司基础设施管理公司，青海 西宁 810000）

能源是社会发展的重要力量，其和人民群众的生活存在密切的关联。社会的进步发展使得社会范围内的能源问题日益凸显出来，比如在使用化石能源使用的过程中会产生大量的气体，这些污染性的气体会加剧社会范围内的环境污染。我国是世界上的工业大国，在发展的过程中面临日益严重的资源、能源紧缺问题，开发和利用新能源是国家发展迫切需要解决的问题。在众多新能源中，太阳能是一个十分重要的资源，且光伏发电具有低碳、清洁的作用，一时间成为新能源开发利用的重要关键。为了能够应对国家部分地区电力资源浪费的局面，需要相关人员能够仔细研究和分析光伏并网发电系统对电网运行的影响，根据这种影响来制定出一系列的处理对策，从而更好地推进光伏并网发电系统的应用作用。

1 新能源发电并网基本类型和特点

1.1 类型

在新时期，社会的进步发展加大了对各个能源的消耗，能源的利用和加工引起了人们广泛的关注。从实际应用层面上来看，新能源的推广和使用体现出了污染少和不可再生的发展特点。从实际应用操作层面来看，新能源的发电类型是十分多元的，包含太阳能发电形式。风能发电能力、水力发电形式等。将新能源发电引入到人们生活的各个领域会在保证各个行业稳定发展的同时在最大限度上减少损耗，保护人类赖以生存的环境。在新能源日益减少的背景下如何开发利用能源发电成为相关人员需要思考和解决的问题。新能源的开发和利用也是新时期社会发展的一个重要内容。

当前，新能源发电并网的基本类型具体表现如下：

第一，集中式光伏并网发电系统。光伏并网电站系统所发出的电力会被直接纳入到电网，但是在具体实施的时候这样的组织并网方式是无法体现出太阳能资源的应用优势的。

第二，分布式光伏并网发电系统在打造的时候能够全方位的整合用户的信息资料，系统在运行的时候会和建筑物的结构切合在一起，由此在系统运行的时候会在最大限度上减少建筑物造价以及光伏发电的造价。通过使用分布式光伏并网系统，如果有地区需要大量的电力供应，可以借助逆变器来将电力资源融入到电力网络中。

1.2 特点

新能源发电的实现对资源环境保护也有着十分重要的社会意义，但是从实际应用情况来看，和传统意义上的能源发电相比，新能源发电具有迟缓性的特点，像风能和太阳能等新型发电能源转变为新的能源的时候会对整个企业的发电需求产生影响，在特殊季节的时候如果出现了风力不足和光照不足的情况就会使得发电设备无法满负荷运行，负荷提供不充足就会无法制造出所需要的电能，公共电网运行电能损耗也会相应的增加。从实际运行发展情况来看，光伏发电系统新能源发电具体呈现出以下特点：光伏发电系统随机波动性较大。光伏发电系统运作深受周围环境温度、能源清洁程度、太阳光照强度变化的影响，因此会使得整个光伏发电系统呈现出随机波动的现象。某光伏发电系统输出有功功率曲线如图1所示。根据图1发现，伴随光照气象条件的变化，光伏发电系统输出的有功功率曲线呈现出了随机波动的特点。利用电器控制方式对整个光伏并网系统的影响。电器的控制方式深刻影响光伏并网系统电源电流流动，这种影响具体体现在电流源和电压源两个方面。从实际运作上来看，光伏并网系统应变器具备抵抗孤岛效应和增加负荷的作用，光伏发电系统的容量负载比例较小，在城市电力资源损耗的过程中，整个系统的电压电流以及运转频率也会相应的减少，这些现象的出现会使得城市孤岛效应更加凸显。

图1 某光伏发电输出有功功率曲线

2 并网光伏发电系统对电网电能质量的影响

2.1 谐波

在光伏发电系统在电网中比例越来越大的情况下，谐波污染问题也会伴随出现。并网光伏发电系统的光伏逆变器中会牵扯到比较多的电力电子元器件，在将直流转变为交流的时候会产生一些谐波，这些谐波会对整个电网的运行带来不利的影响，且这种污染会在逆变器输出轻载的时候日益变大。如果电网中存在多个谐波源，在此期间就有可能产生更高频次的谐波功率谐振。针对以上问题可以通过以下的方式来进行控制：第一，借助逆变器中的谐波抑制电路、有功率的电路来对高频次的谐波进行处理。第二，在供电设备的最终端来对高频次的电流进行处理。为了能够提升电流信息的处理结果可以使用一种积极有效的方法对光伏系统中的谐波进行更细入的测量。

2.2 间接性和波动性发电

新能源的供应和周围环境存在密切的关联，在外界环境变化之后能源的供应也会发生变化。站在风能发电的视角来看，受风能和速度的正相关系以及风速不可预测的影响，风能发电的稳定性会被限制。外界环境的气候光照变化都会对光伏发电系统运作产生渗透的影响，在遇到恶劣天气的时候，光伏发电系统的稳定性会降低。在这样的情况下，如果并网光伏发电系统融入电网，那么就会因为电能波动较大而影响电网系统的稳定性，最终威胁到整个电网系统的运行，为了能够解决这个问题，需要在风电场运行的过程中引入必要的设备，借助相应的设备来调节电压，减少过大电流对于风电场的冲击。

2.3 电压和频率

光伏并网发电系统能够根据外界环境的变化对片电网高压输电网的电压、电流质量以及电流运行频率等进行控制，在此期间会对周围用户的用电负荷产生影响。为了能够保证周围用户的电力需求，可以通过电网的方式来实现功率补偿以及电力输送，从而在保证光伏并网系统稳定运行的过程中，减少相关子系统对电网的依赖以及对电力资源的损耗。不仅如此，还能够和风电、燃气机等新能源形成一个智能微网。光伏发电会随着配电网潮流方向的变化而发生变化，为了能够规避这种变化需要重新整定保护定值。集中式光伏并网发电系统会设定在比较偏远的荒漠地区，在具体实施操作的时候可以通过升压变压器通过中压或者高压的方式接入到电网中。按照国家电网的相关规定，在这个期间对于超过8MW的分布式电源需要采取积极的措施对其调度处理。基于此，大规模光伏电站要和一般性的电厂一样，在运行的过程中设置对应的二次设备。

考虑到光伏功率因数接近1，大规模集中光伏发电系统在运行的时候需要按照规范的标准配备一定比例的无功补偿设备，在无功补偿设备的支持下提升光伏发电系统的调节能力，将光伏发电系统的电站功率因数、高压侧母线电压保持在一定的范围内。

2.4 孤岛效应

光伏并网发电系统的孤岛效应是指和光伏发电系统连接的电网线路因为事故、故障、停电检修跳脱时，光伏并网发电系统会继续向负载供应，由此会形成一个供电公司无法自行掌握的自给供电孤岛。

光伏并网发电系统中的孤岛效应主要是指光伏发电系统密切关联的电网线路，因为各个因素的影响出现跳闸故障，在出现这些故障的时候光伏并网发电系统会持续性的向负载前供电力支持，由此会形成一个无法被供电公司掌握和控制的自己自足型供电孤岛。供电孤岛的出现诱发以下几个方面的故障问题：第一，给电网运行管理人员带来危害。在光伏并网发电系统配电网出现运行故障的时候，一些线路维修人员由于没有了解自己自主供电孤岛系统的存在，无法在第一时间启动应急系统就会使得事故发生，带来不可挽回的事故损失。第二，由于缺乏必要的电网支持。供电孤岛的供电电压、供电频率、供电电流会呈现出不稳定的状态，这些不稳定的因素会加剧用电设备的破坏。第三，在电网恢复供电的过程中，光伏发电系统会重新和网络连接在一起，在这个期间会因为相位的不同引起更大的电流冲击。第四，切换成孤岛运行光伏发电的系统，如果没有储能元件或者储能容量较小，用电负荷会出现电压闪变的情况。

对孤岛效应的常用检测方式包含主动和被动两个形式，前者是通过控制并网逆变器和施加电压的方式来进行干扰。在电网运行的时候受电力系统平衡因素的干扰，系统运作的干扰信号无法被检测。同时，在电网出现故障的时候，并网逆变器上的扰动信号会快速累积在一起，在超过一定数值的时候就会诱发孤岛效应。后者是通过检测并网逆变器输出是否偏离并网规定的标准来判断孤岛效应是否发生。

3 应对新能源发电并网对电网电能质量的影响

3.1 解决谐波影响所采取的措施

电子设备使用管理不科学是诱发谐波出现的一个重要因素，不管是风力发电机还是并联补偿电容器，都有可能出现谐波。为了能够规避这个问题，在风力发电厂中需要采取积极的措施规避单独升高或者降低风俗的情况。同时，在系统运作的时候还需要采取措施规避风电机的集中化连接，在风电机连接距离被有效控制之后就不会上增加谐波电压。与此同时，在电力系统运作的时候还可以通过不同的风机混合装置来调配谐波过滤装置，减少谐波对电网运行的干扰。

3.2 制定出科学合理的并网运行标准

近几年，新能源在越来越多的领域得到应用，相关人员也对新能源的开发利用开展了一系列的研究，但是从发展实际情况来看，电网系统运作过程中对干扰电能运行各要素缺乏科学的整合，相关并网技术也处于一种探索阶段，关于新能源的并网管理没有制定出统一的标准，且在系统并网之后也没有对系统进行检测。基于这样的发展问题，为了能够更好的完善并网标准，需要相关人员强化对并网标准的要求，因地制宜的使用恰当的科学技术来保证并网运行的统一、科学。

3.3 针对波动性和间歇性的解决对策

波动性、间歇性也是并网光伏发电系统在运作过程中可能遇到的问题，对待这个问题虽然不能够从自然条件上予以控制，但是可以对各个设备的运行进行控制。第一，按照科学规范的方法检验发电并网的新能源设备，及时全面的了解新能源设备运行可能遇到的故障，并针对故障采取对应的解决措施。第二，采取措施提升电网对峰值的调节能力，减少电网运行过程中可能出现的更大事故。同时，在新能源发电系统运作的时候还需要采取必要的措施来增强其有功功率和无功功率的调整功能。第三，针对风力发电、光伏发电发电站运行中出现的没有功率还持续运转的消耗，需要进一步强化新能源发电设备的无功补偿功能。

4 结语

综上所述，新能源并网是电网发展的新模式，在这一模式的影响下解决了电能供应的问题，但是从实际应用情况来看，新能源并网模式在发展的过程中没有对自然条件进行限制，只能够采取措施来控制关联设备。并网光伏发电系统对电网电能质量稳定性会产生影响，为了能够更好的发挥出新能源并网对电网电能运行稳定的积极影响，需要相关人员结合社会范围内出现的新能源情况，进一步强化针对新能源的并网光伏发电研究，通过一系列研究来减少并网光伏发电系统对电网电能质量的不利影响。