王占強(qiáng)

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司深圳分公司，廣東深圳 518040）

淺析小型光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

王占強(qiáng)

（信息產(chǎn)業(yè)電子第十一設(shè)計(jì)研究院科技工程股份有限公司深圳分公司，廣東深圳 518040）

建設(shè)小型分布式光伏電站經(jīng)濟(jì)合理，但分布式能源通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)，并會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。主要從逆變器、諧波和接地等三方面分析小型光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的影響。

分布式光伏電站；諧波；逆變器；漏電電流

1 分布式光伏電站的意義

隨著電力市場(chǎng)的自由化程度不斷加大和光伏技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，建設(shè)大型電站需要面臨巨大的經(jīng)濟(jì)壓力，遠(yuǎn)不如建設(shè)小型分布式光伏電站經(jīng)濟(jì)劃算。

10MW光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于小型分布式光伏電站，納入電網(wǎng)規(guī)劃帶來(lái)的好處如下。短期效益：減少電力傳送和分配所產(chǎn)生的運(yùn)輸損耗，提高用電高峰時(shí)間電網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量和持續(xù)性，減少溫室氣體排放。中長(zhǎng)期效益：延緩未來(lái)電網(wǎng)擴(kuò)容的投資，減少為滿足用電高峰期的負(fù)載要求而增加的巨型額外發(fā)電設(shè)備。分布式光伏電站一般要求部署在電力消耗點(diǎn)，例如城市區(qū)域，同時(shí)光伏組件也可以成為公眾光伏知識(shí)普及教育的工具。

2 對(duì)電網(wǎng)的影響分析

分布式能源通常接入中壓或低壓配電系統(tǒng)，并會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。從技術(shù)觀點(diǎn)來(lái)看，對(duì)于分布式光伏電站融合入電網(wǎng)，逆變器是控制兩者之間的相互影響的關(guān)鍵，可以讓分布式光伏電站與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)更好地融合，更好地協(xié)調(diào)分布式光伏電站與配電網(wǎng)之間的相互影響，比如控制能源質(zhì)量與保證系統(tǒng)與電網(wǎng)的安全等。

2.1 逆變器的影響

逆變器控制電壓波動(dòng)在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電能是最高壓的時(shí)候輸送，低壓時(shí)消耗。隨著分布式能源滲透率的提高，功率流會(huì)變得更加復(fù)雜，低壓配電系統(tǒng)在分布式光伏電站運(yùn)行的影響下，不良的過(guò)壓情況可能會(huì)出現(xiàn)。舉例說(shuō)明，在國(guó)內(nèi)，低壓電網(wǎng)的電壓變化在額定值的上下10%變化，被認(rèn)為是可以接受的。一般從分布式光伏電站輸入的電能相比于接入點(diǎn)的額定電壓，電壓會(huì)相對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)升高2%～5%。通常，分布式光伏電站的發(fā)電量不能超過(guò)低壓網(wǎng)的33%、中壓網(wǎng)的50%，這樣設(shè)計(jì)的目的也是為了避免電網(wǎng)的電壓波動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，合理的策略是嚴(yán)格控制客戶終端的負(fù)載與對(duì)應(yīng)分布式光伏電站功率之間的比值，避免出現(xiàn)較大的不對(duì)稱。另一方面，因?yàn)榉植际焦夥娬镜妮敵龉β适芴?yáng)輻射量的影響，具有一定的波動(dòng)性，輸出功率的波動(dòng)性關(guān)聯(lián)會(huì)造成配電網(wǎng)線路電壓的波動(dòng)，尤其是在那些負(fù)載較低的線路上。通過(guò)對(duì)安裝有分布式光伏電站的配電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬的研究，發(fā)現(xiàn)輸出功率變化的減緩可以有效降低電壓的變化。而控制分布式光伏電站輸出功率變化的速率，正是逆變器的功用之一。

2.2 諧波和間諧波電流

理想的交流電應(yīng)是純正弦波形，但是生產(chǎn)生活中電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出阻抗及非線性負(fù)載等原因，常常導(dǎo)致電源波形失真。中國(guó)電壓基礎(chǔ)頻率是50 Hz。將失真的交流非正弦信號(hào)經(jīng)傅立葉轉(zhuǎn)換分析后，可將其電壓組成分解為除了基頻（50Hz）外倍頻（100 Hz，150 Hz，…）成分的線性組合，其倍頻的成分就稱為諧波harmonic。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1） 稱為諧波次數(shù)。電網(wǎng)中有時(shí)也存在非整數(shù)倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics）或間諧波。

諧波實(shí)際上是一種干擾量，諧波電流會(huì)產(chǎn)生大量倍頻的電污染，使電網(wǎng)受到“污染”。諧波的危害十分嚴(yán)重。諧波使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用的效率降低，使電氣設(shè)備過(guò)熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，并使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀。諧波還會(huì)引起繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，使電能計(jì)量出現(xiàn)混亂。對(duì)于電力系統(tǒng)外部，諧波對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。間諧波的影響和危害等同數(shù)次諧波電壓的影響和危害。

當(dāng)許多逆變器在同一個(gè)低壓電網(wǎng)中運(yùn)行時(shí)，盡管每個(gè)單獨(dú)的逆變器都滿足電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，但是它們同時(shí)運(yùn)行形成的諧波電流可能會(huì)產(chǎn)生超過(guò)規(guī)范規(guī)定的諧波電壓。尤其是當(dāng)電網(wǎng)的阻抗和諧振頻率發(fā)生變化時(shí)，多逆變器綜合產(chǎn)生的諧波電流危害最容易顯現(xiàn)，此時(shí)電流控制的電子元件的處理能力會(huì)大幅度減弱，而同時(shí)大量出現(xiàn)的非正弦波就不能得到充分處理。以一個(gè)10MW小型地面光伏電站為例，使用業(yè)內(nèi)成熟的集中式方案，逆變器數(shù)量為20臺(tái)，若使用30 kW的組串式方案，逆變器數(shù)量則高達(dá)340臺(tái)。隨著逆變器臺(tái)數(shù)的不斷增多，且部分并網(wǎng)點(diǎn)遠(yuǎn)離發(fā)電廠及負(fù)荷區(qū)，導(dǎo)致諧振的風(fēng)險(xiǎn)增加。

2.3 接地故障與漏電電流

分布式光伏系統(tǒng)是室外運(yùn)行，光伏系統(tǒng)的電線與大地可能連接，導(dǎo)致絕緣失效，這種情況稱為接地故障，在整個(gè)光伏系統(tǒng)25年的服務(wù)期內(nèi)，這種現(xiàn)象是有一定概率發(fā)生的。即使是一個(gè)好的設(shè)計(jì)，接地故障依然會(huì)發(fā)生，其位置在連接盒、開關(guān)或者逆變器等處，發(fā)生的原因可能是電子元件或者材料的損壞與老化。雖然近年來(lái)不斷推出專門的技術(shù)規(guī)范、更好的設(shè)計(jì)和性能更好的電子元件，提高光伏系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)大幅降低接地故障發(fā)生的可能性，然而隨著建筑光伏一體化（BIPV）設(shè)計(jì)的大量出現(xiàn)，因?yàn)锽IPV中大量的導(dǎo)線存在于建筑物中，大大增加了接地故障發(fā)生的可能。這個(gè)問(wèn)題值得繼續(xù)關(guān)注與研究。

另一個(gè)需要考慮的是電容可能產(chǎn)生漏電電流的影響，這里的電容是指以下幾個(gè)方面：在光伏系統(tǒng)中直流和交流部分的電容，光伏組件和支架系統(tǒng)的接地電容，逆變器中抗電磁干擾的濾波器電容等。當(dāng)交流電壓分量在這些電容中起作用時(shí)，有可能使得地線帶電。以無(wú)變壓作用的逆變器為例，當(dāng)交流電壓分量作用于逆變器中濾波器的電容時(shí)，電容會(huì)產(chǎn)生漏電電流，而漏電電流會(huì)流入地線，在正常情況下，地線中是沒(méi)有電流的。

3 結(jié)論

完全開發(fā)出逆變器的所有附加價(jià)值，就可以對(duì)分布式光伏電站能為用戶和電網(wǎng)提供所有服務(wù)進(jìn)行一個(gè)重新的評(píng)估，同時(shí)給出一個(gè)新的成本與收益模型。這也勢(shì)必推動(dòng)分布式光伏電站并網(wǎng)的綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)。

Analysis on the Influence of Small-scale Photovoltaic Station on Power Distribution System

WANG Zhanqiang
（The IT Electronic Eleventh Design&Research Institute Scientific and Technological Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518040，China）

With the increasing liberalization of the electricity market and sustainable development of PV technology，building large-scale power plants will economically cost toomuch，while building small-scale PV station is an economically favorable choice. However，the integration of distributed energy haswide influences on power distributed system since it is integrated throughmid-voltage and low voltage distribution system.In this paper，the influences ofsmall-scale PV station on power distribution system are analysed from theaspectsof inverters，harmonicsand grounding.

distributed photovoltaic powerstation；harmonics；inverters；leakage current

TM247；TM615

A

1671-0320（2015）05-0023-02

2015-06-22，

2015-07-02

王占強(qiáng)（1983），男，河南清豐人，2007年畢業(yè)于防空兵指揮學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，從事高低壓電氣設(shè)計(jì)工作。