宋喆

【摘??要】經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，人們對電能的需求也逐漸增加。我國屬于人口大國，因此耗電量也十分大。如果單純地依靠化石燃料的燃燒發(fā)電，那么化石能源的儲存量是遠遠不夠的，因此需要開發(fā)新能源。新能源的無污染及可再生特點，對于人們的生活環(huán)境具有十分重要的意義，但也存在一定的缺陷。例如，新能源并網(wǎng)發(fā)電技術雖然替代傳統(tǒng)的發(fā)電，但是其技術不夠完善，且發(fā)電并網(wǎng)對電能的質量產(chǎn)生一定的影響。本文就并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的影響展開探討。

【關鍵詞】新能源發(fā)電;并網(wǎng);電能質量

引言

光伏發(fā)電作為太陽能的主要利用途徑，能夠有效緩解化石能源供給緊張的的現(xiàn)狀。光伏發(fā)電系統(tǒng)并入常規(guī)電網(wǎng)，與之共同承擔發(fā)供電任務，即形成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。相對于獨立光伏發(fā)電，擁有諸多優(yōu)點的并網(wǎng)光伏發(fā)電，受到了各國極力地推崇和大力地發(fā)展。因此，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)也就成為全球綠色新能源領域的研究熱點。但在光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中采用了大量的電力電子技術，在送上能源的同時也帶來了很多影響電網(wǎng)電能質量的因素。

1光伏發(fā)電的基本原理

光伏發(fā)電利用半導體表面存在的光生伏特效應，通過光照在半導體材料兩端發(fā)出直流電流。當太陽光照在半導體P-N節(jié)上時，新的電子一空穴對就會形成，光子將電子從共價鍵中激發(fā)后，電子流向N區(qū)，空穴流向P區(qū)，從而半導體兩端產(chǎn)生電勢差。PN結兩端的電路一旦接通，就會形成電流，從P區(qū)經(jīng)外電路流向N區(qū)，對負載輸出電功率。

2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要結構

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨立運行與并網(wǎng)運行兩種工作方式。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)比較具有市場應用價值的形式，是當今世界光伏發(fā)電發(fā)展的主要趨勢。并網(wǎng)光伏發(fā)電作為光伏發(fā)電的一般具有兩種典型系統(tǒng)結構，即單級式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與兩級式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。兩者相比較而言，單級式光伏逆變器控制系統(tǒng)需要同時實現(xiàn)最大功率點跟蹤與并網(wǎng)控制功能，因此對控制器的要求會比較高。另外，必須加裝直流母線電壓保護裝置來確保系統(tǒng)并網(wǎng)的安全性。兩級式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏陣列、變換器、逆變器、控制器、濾波電路等幾部分。第一級在實現(xiàn)對光伏陣列的最大功率點跟蹤的同時，將光伏陣列產(chǎn)生的直流電通過升壓變換為受控直流電提供給后級的并網(wǎng)光伏逆變器。第二級的光伏并網(wǎng)逆變器將直流母線上的直流電逆變?yōu)榻涣麟娝徒o并網(wǎng)，同時完成直流母線電壓的穩(wěn)壓功能。太陽能光伏發(fā)電要實現(xiàn)安全、可靠、高效的并網(wǎng)運行必須依賴于有效地控制技術，主要分為三個主要方面：最大功率點跟蹤、并網(wǎng)控制和孤島效應檢測與保護。

3并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的影響

3.1諧波影響

光伏發(fā)電是通過光伏組件將太陽能轉化為直流電，再經(jīng)過并網(wǎng)型逆變器將直流電變換成交流電實現(xiàn)并網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器是產(chǎn)生諧波的主要設備。并網(wǎng)逆變器內部電力電子元件的大量應用，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負載，造成波形失真，給系統(tǒng)帶來大量諧波。逆變器開關切換速度的延遲，也會影響電網(wǎng)系統(tǒng)內部整體動態(tài)性能的輸出，產(chǎn)生小范圍的諧波。如果在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動范圍也會隨之變大。盡管單臺并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小，但是多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流諧波超標現(xiàn)象。此外，逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振，進而導致藕合諧振現(xiàn)象，造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴大，最終產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標問題。針對光伏接人后的電能質量問題，提出抑制諧波的有效方法：（）1從諧波產(chǎn)生的源頭人手，對諧波源進行改造，減少諧波注人。（2）裝置有源或無源濾波器，以吸收某些特定次數(shù)的諧波電流。（3）裝設附加的諧波補償裝置。

3.2并網(wǎng)逆變器對電能質量影響

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要功能為將太陽能光伏陣列所產(chǎn)生的直流電直接轉換成與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，其控制方式如同一個與電網(wǎng)電壓同步的電流控制型PWM逆變器。為了降低送入電網(wǎng)的電流對電網(wǎng)產(chǎn)生的電流諧波，因此送入電網(wǎng)的電流波形總諧波畸變率應越低越好。逆變器按輸出控制方式也分為電壓控制與電流控制兩種。若采用L型并網(wǎng)逆變器，則逆變電路對并網(wǎng)電能質量產(chǎn)生影響的元件參數(shù)主要有直流側電容、濾波電感。電容取值若太小則會增大電壓波動，降低并網(wǎng)電流跟蹤效果;電容取值若過大又會降低動態(tài)響應速度，而且會增加電容造價和物理體積。從濾波電感決定逆變電路低頻輸出阻抗來說，取值應盡量小，但這樣會增大電路諧波電流。濾波電感越大，THD值越小，即并網(wǎng)的諧波電流越小。另外，光伏并網(wǎng)控制環(huán)節(jié)也是影響并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)電能質量的重要因素，不同的電流跟蹤控制方式直接關系到逆變器輸出電流的波形質量。以滯環(huán)電流比較控制為例，其中的滯環(huán)寬度與開關頻率都直接影響并網(wǎng)輸出電流的電能質量。環(huán)寬太大會降低并網(wǎng)電流的跟蹤精度，電流THD值增大;環(huán)寬取值太小又會使開關頻率過高，而開關頻率的波動性過大會造成并網(wǎng)電流頻譜較寬，這樣會加大濾波電路的設計難度，同時增加并網(wǎng)電流諧波。

3.3孤島效應的影響

孤島效應是指電路的某個區(qū)域有電流通路而實際沒有電流流過的現(xiàn)象。由于孤島效應的潛在危險性與對設備的損害性，社會公共工程與發(fā)電設備行業(yè)長期以來都十分注重光伏并網(wǎng)逆變器的反孤島效應控制。孤島效應的產(chǎn)生可能會對配電系統(tǒng)造成以下不良影響：（1）危害電力維修人員的生命安全;（2）影響配電系統(tǒng)的保護開關動作程序;（3）供電電壓與頻率不穩(wěn)定并造成設備破壞;（4）供電恢復時產(chǎn)生浪涌電流，造成再次跳閘，并破壞光伏系統(tǒng)、負載與供電系統(tǒng);（5）單相供電造成系統(tǒng)三相負載的欠相供電問題。孤島效應大多產(chǎn)生在配電側，在周圍負載形成電網(wǎng)難以控制的孤島，導致用戶負荷出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，出現(xiàn)電能閃電，供電恢復后又產(chǎn)生并網(wǎng)沖擊。

4基于光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質量問題解決

為了解決光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的電能質量問題，需要分析大規(guī)模、集中開發(fā)中高壓電源的接地情況、對電壓等級評估和電壓偏差作出明確標準，并為其設置頻率耐受力。為了使我國的光伏發(fā)電應用在大規(guī)模以及高容量的電網(wǎng)中，促進其運行的穩(wěn)定性，需要為其提出更高要求，促進光伏發(fā)電并網(wǎng)的積極開發(fā)，因此，對相關技術的研究方向進行了詳細分析。（1）儲能技術。該技術是電力系統(tǒng)中的主要技術，可以應用在大容量、高比例的系統(tǒng)中。該技術主要使用的儲能設備為壓縮空氣儲能、蓄電池等。在使用過程中，不僅能實現(xiàn)能量的儲能與釋放，促進頻率的有效調節(jié)，還能對電網(wǎng)功率的波動情況進行控制，保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的更穩(wěn)定、更安全。（2）諧波抑制。該技術可以對電網(wǎng)實現(xiàn)標準化控制，對逆變器的標準化進行設置與統(tǒng)一，促進電力的綠色化發(fā)展?；谀壳按嬖诘牟⒕W(wǎng)逆變器，利用諧波抑制方式，能夠實現(xiàn)群控技術、綜合補償控制工作，完成數(shù)據(jù)信息的采集與控制。（3）無諧波輸入電網(wǎng)。該方式利用高性能并網(wǎng)逆變器實現(xiàn)運行，在使用期間，需要對光伏發(fā)電的接入、光伏發(fā)電的無功控制等協(xié)調情況進行分析。

結語

隨著我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，并網(wǎng)光伏裝機容量和數(shù)量的不斷增加，致使電網(wǎng)電能質量受到很大影響。因此，研究并網(wǎng)光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質量的影響非常必要。

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（作者單位：中國大唐集團有限公司內蒙古分公司蒙西事業(yè)部）