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        并網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析

        2019-12-22 10:59:12王營(yíng)
        商品與質(zhì)量 2019年17期
        關(guān)鍵詞:孤島電能諧波

        王營(yíng)

        山東昱興電力有限公司 山東東營(yíng) 257000

        新能源發(fā)電呈現(xiàn)跨越式發(fā)展,發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)2437萬(wàn)千瓦,占全省電力總裝機(jī)的19.4%。其中,風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量均突破千萬(wàn)千瓦級(jí),分別達(dá)到1061萬(wàn)千瓦、1052萬(wàn)千瓦,分布式光伏具有發(fā)電量小、分布廣、可調(diào)節(jié)性差的特點(diǎn),其接入電網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)控運(yùn)行將產(chǎn)生一定的影響,因此光伏發(fā)電的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。

        1 光伏發(fā)電概述

        光伏發(fā)電是太陽(yáng)能發(fā)電的一種方式,光伏發(fā)電主要是指用微網(wǎng)的方式并入超高壓發(fā)電網(wǎng)中去,讓其能夠互相支撐,在我國(guó)光伏發(fā)電都是集中式國(guó)家電網(wǎng),如今的光伏發(fā)電主要是小型分散型并網(wǎng)發(fā)電,相對(duì)投資小,占地少,建設(shè)速度快。光伏發(fā)電并網(wǎng)采用的是清潔綠色能源,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞和污染,符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的要求,深受各國(guó)投資者的青睞。

        我國(guó)自1985年就開(kāi)始了光伏發(fā)電的研究,逐漸引進(jìn)美國(guó)單硅太陽(yáng)能電池以及非晶體硅電池,經(jīng)過(guò)多年的研究,我國(guó)逐漸開(kāi)啟了光伏發(fā)電的發(fā)展歷程,尤其是金太陽(yáng)工程的實(shí)施,更是加大了光伏發(fā)電的支持,根據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)截止到1997年已經(jīng)有各類光伏發(fā)電站7座,1998年在西藏地區(qū)建立了世界上最高的光伏電站,2010年,在寧夏吳忠市太陽(yáng)山建立了大型光伏電站,采用陽(yáng)光電源大型并網(wǎng)逆變器,成為我國(guó)光伏發(fā)電歷史上最大規(guī)模的并網(wǎng),同年上海世博會(huì),合肥陽(yáng)光電源有限公司承建了光伏發(fā)電的主題館,中國(guó)館等大型發(fā)電系統(tǒng),成為世界矚目的清潔綠色能源。我國(guó)預(yù)計(jì)到2020年太陽(yáng)能發(fā)電量達(dá)到180萬(wàn)kW,并且有可能達(dá)到1000萬(wàn)千瓦,我國(guó)很多地區(qū)都處于缺電狀態(tài),可是隨著人民物質(zhì)生活的提高,光伏發(fā)電更是有了更為廣闊的發(fā)展空間。

        2 并網(wǎng)光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

        2.1 孤島效應(yīng)檢測(cè)與保護(hù)技術(shù)的影響

        孤島效應(yīng),是指電網(wǎng)失電時(shí),光伏發(fā)電系統(tǒng)未能及時(shí)檢測(cè)出電網(wǎng)停電狀態(tài)并及時(shí)脫離電網(wǎng),使太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負(fù)載組成一個(gè)脫離電網(wǎng)的自給供電孤島[2]。孤島效應(yīng)一旦發(fā)生,如果不能得到及時(shí)、妥當(dāng)?shù)靥幚?,有可能產(chǎn)生下列非常嚴(yán)重的后果:當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或其它原因而斷網(wǎng)后,由于光伏發(fā)電系統(tǒng)仍舊維持供電予負(fù)載,將可能使得維修人員在進(jìn)行維修時(shí),發(fā)生人身或設(shè)備安全事故。當(dāng)電網(wǎng)斷電后,光伏發(fā)電系統(tǒng)由于失去電網(wǎng)所提供的參考信號(hào),會(huì)造成系統(tǒng)輸出電壓、電流及頻率漂移而偏移電網(wǎng)正常頻率,不僅引發(fā)不穩(wěn)定的情況,還可能使所供電能包含有較多電壓與電流諧波成分。若未能及時(shí)將負(fù)載與光伏發(fā)電系統(tǒng)分離,將損壞某些對(duì)頻率變化十分敏感的負(fù)載。在市電恢復(fù)瞬間,由于電壓相位不同,可能產(chǎn)生較大的沖擊電流,造成相關(guān)設(shè)備損壞。且在電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí),可能引發(fā)同步問(wèn)題。若光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)為三相連接,當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí),將形成欠相供電,影響用戶正常使用三相負(fù)載。

        常用的孤島效應(yīng)檢測(cè)方法一般可分成被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)檢測(cè)法是直接檢測(cè)電路中的電壓與電流的相位、頻率等,所以不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成影響。但是若采用主動(dòng)檢測(cè)算法,這些算法都是往電網(wǎng)中加入一些擾動(dòng)量,無(wú)論是頻率、相位,還是有功、無(wú)功都會(huì)對(duì)輸出的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響,會(huì)增大電網(wǎng)的諧波含量。

        2.2 諧波影響

        光伏發(fā)電是通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電,再經(jīng)過(guò)并網(wǎng)型逆變器將直流電變換成交流電實(shí)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(shè)備。并網(wǎng)逆變器內(nèi)部電力電子元件的大量應(yīng)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(fù)載,造成波形失真,給系統(tǒng)帶來(lái)大量諧波。逆變器開(kāi)關(guān)切換速度的延遲,也會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部整體動(dòng)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(dòng)范圍也會(huì)隨之變大。盡管單臺(tái)并網(wǎng)逆變器輸出電流諧波較小,但是多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會(huì)產(chǎn)生疊加,從而形成輸出電流諧波超標(biāo)現(xiàn)象。此外,逆變器并聯(lián)容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振,進(jìn)而導(dǎo)致藕合諧振現(xiàn)象,造成特定次并網(wǎng)諧波電流擴(kuò)大,最終產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)問(wèn)題[3]。

        針對(duì)光伏接人后的電能質(zhì)量問(wèn)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(duì)諧波源進(jìn)行改造,減少諧波注人。(2)裝置有源或無(wú)源濾波器,以吸收某些特定次數(shù)的諧波電流。(3)裝設(shè)附加的諧波補(bǔ)償裝置。

        2.3 電壓波動(dòng)和閃變的影響

        在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中,有功功率、無(wú)功功率隨時(shí)間變化才會(huì)引起系統(tǒng)電壓波動(dòng)。而對(duì)于光伏發(fā)電而言,光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率的變化是引起接人點(diǎn)電壓波動(dòng)和閃變的主要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件光伏電池板的最大功率點(diǎn)與輻照強(qiáng)度、天氣、季節(jié)、溫度等因素密切相關(guān),這些自然因素的隨機(jī)變化引起輸出功率變化較大,致使負(fù)載功率在一定范圍內(nèi)變化頻繁,從而引起并網(wǎng)用戶負(fù)載端電壓波動(dòng)和閃變。

        目前針對(duì)光伏電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題的解決方法主要有:(1)優(yōu)化光伏并網(wǎng)逆變器控制策略,提高電壓的穩(wěn)定性;(2)增大變電站母線短路容量;(3)在光伏電站容量確定的情況下,提高其功率因數(shù),以增加有功功率總量,從而降低無(wú)功功率變化量,滿足電壓波動(dòng)的限值要求。

        3 結(jié)語(yǔ)

        并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)已成為全球綠色新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),在有效緩解能源危機(jī)成為電網(wǎng)重要組成部分的同時(shí),也帶來(lái)了很多新問(wèn)題,值得深思與研究。

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