分布式光伏发电并网运行对电网的影响及应对措施

李义鹏

（百色新铝电力有限公司，广西 百色 533000）

0 引言

化石能源对生态环境造成的危害日趋严重，已经引起世界各个国家的高度重视，纷纷采取各种措施降低化石能源在能源利用中的比重，其中太阳能是目前最为炙手可热是自然能源。太阳每日照射地表1h 所产生的能源能够满足全球整年的需求，因此，太阳能可以作为代替传统能源的可再生能源之一。太阳能的合理利用，可做到真正的取之不尽，用之不竭，摆脱了对传统能源的依赖[1]。在利用太阳能进行发电的过程中，光伏发电是最为普遍采用的技术之一。

1 光伏发电系统及其相关技术

1.1 光伏发电系统分类

通常情况下，根据光伏系统与电网之间电力的提供以及吸取特性，可以将光伏发电系统分为逆流、非逆流以及切换三大种类。

1.2 光伏发电系统的结构组成

光伏发电系统是将太阳能转换至电能，这一能源的转换主要是依靠光伏阵列、逆变器、变换器等元器件实现的。在元器件工作过程中，将会对光伏阵列中最大功率跟踪点以及并网处的电流大小进行检测，并将其结果实时反馈至逆变器当中，从而使得输出电流得到不断的调节，满足用户负载的需求以及达到电网的相关标准。

1.3 光伏发电系统关键技术

1.3.1 太阳能电池技术

在实现太阳能向电能转换的过程中，太阳能电池是光伏发电系统中必不可少的重要元器件之一。太阳能电池板工作时，利用其板内特有半导体的特性，直接实现太阳能向电能的转换。

1.3.2 光伏发电系统的逆变技术

在用户负载用电时，主要是以交流电为主。但是目前我国光伏发电系统所转换而成的电流主要是以直流电的形式为主。这一特点使得光伏发电系统的推广也受到一定的影响。因此，为了使得光伏发电系统被广泛应用在各个方面，逆变器在光伏系统中的应用也是越来越关键。逆变器是一种将直流电转变为交流电形式的转换器，目前，该技术已经取得一定的成绩。

1.3.3 光伏发电系统的控制技术

根据光伏电池的工作原理可知，其电池板输出电流大小主要取决于由光照强度，而输出电压的大小取决于温度的高低。如果太阳能电池板所输出的电流或者电压值达到欧最大时，其所对应向外输出的功率将会变小。因此，为了使得其向外输出的功率最大，要使光伏电池工作在一定的温度以及太阳光强度下。由于光伏电池的造价成本较高，是光伏发电系统的重要组成部分，为了在将降低光伏发电系统的成本同时提高对太阳能的利用率，因此，需要采取光伏电池的最大功率点跟踪控制来实现[2]。

2 分布式光伏发电系统并入电网时的影响

2.1 对电压质量的影响

在分布式光伏系统中，逆变器输出电流中含有较高的高频谐波，如果开关的断开闭合频率增大时，会导致其谐波污染更加严重。此外，由于逆变器的输出电流当中含有直流偏置，将影响电力系统的安全稳定运行。

光伏并网后，电网由原来单侧电源、辖射型网络，变为多电源网络，这就有可能使得配网潮流逆流，引起光伏并网点稳态电压升窩，严重时可能导致电网电压越限；光伏电源由于其输出的随机性，当其输出功率变化过大时，会导致电网电压波动超过限值；光伏电源通过逆变器并网，在直流逆变为交流时会产生谐波，对电网和用户产生谐波污染；单相光伏电源的接入会引起电压不平衡问题；随着光伏电源在电网中渗透率的不断增加，光伏电源出力的随机性会使电网的频率发生波动。光伏未并网时，电网潮流单向流动，传统电网电压调整设备一般可使电网电压满足要求，而光伏电源接入后，电网的潮流可能会双向流动，因此光伏电源的接入会对传统电网无功电压调整效果产生一定影响[3]。

2.2 在谐波方面的影响

首先，当分布式光伏发电系统通过电网阻抗同电网进行连接时，会使得光伏发电系统内部以及其与电网间出现谐振现象。谐振的出现不仅使得光伏系统内部的谐波含量发生变化，与此同时降低系统整体的稳定性。目前，交流装置、变压器等电子电力元器件的广泛应用，使得电力系统的谐波污染逐渐增加，从而由谐波问题所引发的故障也越来越多。在电力系统中，谐波含量的增多不仅会使得电网中输送线路的损耗增大，还会在一定程度上降低系统的发电、传输电能以及用电的效率。对于用电设备而言，较高的谐波会使得各个设备的正常工作是受到一定程度的干扰，例如，使设备在运行过程中，电容器、电抗器等元件出现严重发热现象，从而使得设备的使用遭到损坏，另外，也会严重缩减设备的使用寿命。而对于通信系统而言，当输送电缆中的谐波含量过高时，会导致通信线路的正常通信受到干扰，当干扰不严重时，知识会对其通信质量产生影响，而当干扰较为严重时，会使得通信系统的信号被丢失，甚至会使得通信设备受到破坏，人员生命安全遭到威胁。

其次，将光伏系统并入至电网中时，由于其直流电向交流电转换过程中，会受到逆变器内的谐波影响，使得光伏系统的谐波污染也会随之发生变化，而光伏系统并入电网时，对在谐波方面所产的危害主要包括以下方面。

（1）完成光伏电传送至电网中这一工作，主要是利用高压输送线缆，而由于输送线路存在一定的线路阻抗，使得谐波电流会在传输线路中出现流动，同时造成传送线路的功率损耗增加。通常情况下，电网中电流发生畸变的概率较小，但是由于光伏系统并网时会带有高频谐波，且在高频谐波的共同作用下会使得输送电路中的谐波阻抗比增加。因此，会使得整个电网的线损耗增加，且降低了输送线路对电力的传输效率。除此之外，光伏系统中的谐波会随着电网的传播，不但会给用电用户带去一定程度上的功率损耗，还会使得用电设备受到一定的影响。目前，主要通过架空线路进行电力供应，而架空线路会产生电晕现象，且电晕的大小主要受到电网电压峰值的影响。在正常情况，电压基波可以满足基本电能的要求，但是将光伏系统并入电网收架后，存在谐波污染等现象，这一现象会使得实际的电压峰值超过其额定值大小，从而增加了电晕损耗。

（2）电网中，谐波污染不仅会使得电网中的线路出现损耗，还会使得其输出出现尖峰现象。电压尖峰不仅会使得电缆出现快速老化，换回时期出现局部放电，缩短电缆的正常使用期限。此外，由于电缆中存在电容，在实际运行过程中，电容会与电感共同引起谐振，从而使得谐振电流得到进一步放大。与此同时，谐波还会使得电网中的电压出现畸变，从而导致电网中的电压不能满足实际需求的指标，从而降低了整个电网的供电质量。而电网主要是完成向用电用户提供电能这一工作，而当电网的电能质量下降时，也会使得用电用户的用电质量得不到保障，从而对用电设备一定程度上的损坏[4]。

2.3 分布式光伏发电系统并网对电能质量产生的影响

截至目前，我国光伏发电与过去相比，该技术得到一定程度上提升。但是与国外的光伏技术相比，依然还存在一定的差距。例如，存在并网逆变器中的电磁噪声以及电磁兼容性这两大问题，不仅会使光伏并网的质量受到严重影响，还会使得整体系统运行的稳定性以及可靠性受到一定程度的影响。光伏发电系统就是利用太阳能实现电能的转换，太阳光的照射时间以及辐射强度都会对光伏发电系统产生电能的稳定性以及连续性造成影响，因此，会使得产生的电能出现电压波动、电压不稳定等缺陷。近年来，随着国家对光伏系统的大力推广以及光伏技术的大规模使用，使得并网发电越来越多，从而光伏发电系统的不良影响也是越来越明显。除此之外，进行光伏系统并网时，电压质量的好坏和光伏系统并网时的接入位置、容量大小都有密切相关。此外，由于光伏发电所产生的直流电必须通过逆变器转换为交流电时，才可被用户负载所使用，而逆变器内部的电子元器件存在一定的谐波污染，因此增加光伏系统的谐波污染情况，同时也产生电压不平衡等多方面故障。

3 改善光伏发电系统并网运行对电网影响的措施

3.1 改善对电压质量的影响

对含有光伏发电系统的电网进行有效合理的管理，是使光伏发电系统广泛应用的重要措施之一。由于光伏发电系统在工作过程中选在不稳定性、间歇性以及波动性等特点，因此会使得光伏系统的可控性大大降低，同时，也会使得电网中的电能质量受到明显的影响。因此，可以通过对光伏发电系统的有功出力的控制来改善其对电网电压质量产生的影响。而进行光伏发电系统的有功出力控制时，常用的方法有两种。①改变光伏电池上的工作点位置进行光伏电池输出功率大小的调整。②在保持光伏电池正常工作的状态下，利用调储能设备来改变系统的出力。

除此之外，还可利用光伏系统的储能技术来实现对电压质量的改善。当储能系统的功率容量较大时，其所占的有功调节比例将越大，因此能够更好地抑制功率的波动。在出现三相接地短路时，储能系统会有效抑制系统的功角振荡。利用储能系统进行电压质量改善时，储能系统的功率容量越大，有功调节比例越大，对电压的支持效果会越好，另外，当储能系统集中工作时，其效果要明显大于储能系统处于分散状态时的工作效果。

采用有功调度，对光伏系统的电压改善可以达到一定效果，但是如果只采用有功限制控制，也会在某些情况下使得有功输出受到限制，从而使得光伏发电系统整体的经济性能有所下降。因此，还可在光伏系统中通过无功控制来改善电压质量。

3.2 谐波治理措施

电网谐波会对电网造成影响，导致电压波形发生畸变，破坏电力系统中设备的正常运行，导致其出现异常及故障。谐波污染对电力系统所产生的危害有以下方面：①由于谐波使得机电配置的保护动作出现错误，从而使得系统不能得到全面有效的保护，从而造成供配电线路的危害。②电网谐波会引起串联以及并联谐振的发生，出现过电流以及过电压现象，从而对电网的电能质量造成较为严重的影响。③由于谐波使得输电线产生谐波压降的同时还会使其电流有限制有所上升，因此会导致输送线缆上的功耗有所增加。④谐波会导致电热器件温度上升，从而损坏了电容器的使用寿命。治理谐波污染是改善电能质量的重要措施。治理电网谐波污染时，可以从电网测以及光伏发电系统这两方面着手进行。

3.2.1 光伏发电系统中采用谐波治理措施

将光伏发电系统接入电网中时，保证并网电流的谐波畸变率较低是电网的基本要求。近年来，随着光伏发电系统的大规模发展，人们也逐渐深入研究如何抑制光伏并网中逆变器谐波污染这一问题。在光伏发电系统过程中，主要通过脉宽调制技术以及特定谐波消除法，较好地抑制谐波污染。

3.2.2 电网中采用的谐波治理措施

（1）无源滤波技术。无源滤波，就是将电抗器和电容器串联后，形成串联回路将其并入至工作系统中。进行LC 回路滤波设置时，需要将该电路的谐振频率设定在需要滤除谐波频率上，从而达到滤波的目的。该滤波方式成本较低，且最终实现的滤波效果不佳，如果系统中的谐振频率设定不当时，会使得整个系统产生谐振。但是在实际市场流动中可发现，由于该种滤波方式成本较低，因此绝大部分用户采用该种滤波方式。

（2）有源滤波技术。由于无源滤波的实际滤波效果并不是十分理想，因此，在无源滤波的基础上开始发展有源滤波技术。该种滤波技术主要是利用电子电力器件形成电路，该电路所产生的谐波电流其频率、幅值都与系统谐振保持一致，但相位与之相反，从而该谐波电流可以抵消系统中的谐波电流，从而达到消除谐波的目的。但由于有源滤波过程中要使用到电子电力器件，因此元器件的耐压能力是限制电路电流发展的一个重要外界因素。除此之外，电子元器件成本较高，且有源滤波装置制作较为烦琐，因此也会使得整体有源滤波装置成本上升。有源滤波器滤波效果极好，但鉴于成本这一因素，以及用户滤波要求较低，该技术在用户应用中较少。主要被应用在工厂计算机控制供电系统等对李滤波要求极高的工程中[5]。

4 结语

光伏并网系统作为发电系统，其主要是利用逆变器将光伏电池组件中的直流电转换成符合电网要求的交流电形式，并且将其直接接入公共电网当中。但是太阳光分布具有分散性、随机性以及不稳定性，以上特点使得光伏发电系统工作过程中所产生的电能也具有以上特点，从而使得光伏发电系统的可控制性较差。站在电网的角度来看，光伏发电系统与常规的发电系统之间存在明显的区别，不能按照常规发电系统的并网条件以及并网技术进行光伏系统的并网设计。