并網光伏發電系統對電網電能質量的影響

安科瑞 徐浩竣

江蘇安科瑞電器制造有限公司

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隨著全球能源危機的加劇和環保意識的提高，光伏發電作為一種清潔、無污染的可再生能源，逐漸成為能源結構轉型的重要方向。然而，并網光伏發電系統因其隨機性、波動性和間歇性的特點，對電網電能質量產生了顯著影響。本文旨在分析并網光伏發電對電網電能質量的影響，并探討相應的治理措施。

光伏發電系統中，逆變器是產生諧波的主要設備。逆變器內部電力電子元件的大量應用雖然提升了系統的信息化和智能化處理，但也增加了大量的非線性負載，導致波形失真，給系統帶來大量諧波。特別是在天氣（輻照度、溫度）變化較大的情況下，諧波的波動范圍會隨之變大。多臺并網逆變器并聯后，輸出電流的諧波會產生疊加，形成輸出電流諧波超標現象，甚至引發并聯諧振，導致特定次并網諧波電流擴大。

光伏發電系統的輸出功率受日照、天氣、季節、溫度等自然因素影響，具有顯著的不穩定性。這種不穩定性導致光伏發電系統接入點電壓波動和閃變，影響電網電壓穩定。特別是當輸出功率變化較大時，負載功率在一定范圍內頻繁變化，進一步加劇了電壓波動和閃變問題。

并網光伏發電系統中，直流注入是影響電網電能質量的另一關鍵問題。直流注入不僅影響電網電能質量，還可能對電網中的其他設備造成不利影響。根據IEEEStd929-2000與IEEEStd547-2000標準，并網發電裝置向電網注入的直流電流分量不能超過裝置額定電流的0.5%。直流注入的主要原因包括電力電子器件自身分散性、驅動電路不一致、大功率控制器內部測量器件的零點漂移和非線性等。

孤島效應是指由于電網中斷供電，但并網光伏發電系統未能及時檢測出停電狀態，從而繼續獨立運行的現象。孤島效應對配電網電能質量造成不利影響，包括電壓和頻率波動、系統電氣設備損壞、重合閘故障、電網維修人員安全隱患等。此外，孤島效應還可能導致配電網三相負荷不對稱，降低用戶用電質量。

針對諧波問題，可以采取以下措施：

1. 源頭治理：對諧波源進行改造，減少諧波注入。

2. 加裝濾波器：裝置有源或無源濾波器，以吸收特定次數的諧波電流。

3. 諧波補償裝置：裝設附加的諧波補償裝置，對諧波進行補償。

2. 電壓波動和閃變治理

針對電壓波動和閃變問題，可以采取以下措施：

1. 優化逆變器控制策略：提高電壓的穩定性。

2. 加大變電站母線短路容量：增強電網的電壓調節能力。

3. 提高功率因數：在光伏電站容量確定的情況下，提高其功率因數，增加有功功率總量，降低無功功率變化量。

3. 直流注入治理

針對直流注入問題，可以采取以下措施：

1. 檢測補償法：實時監測并補償直流注入。

2. 優化設計逆變器并網結構：減少直流注入的可能性。

3. 電容隔直：使用電容器隔離直流分量。

4. 虛擬電容法：通過軟件算法模擬電容效果，減少直流注入。

5. 裝置隔離變壓器：使用隔離變壓器隔離直流分量。

4. 孤島效應治理

針對孤島效應問題，可以采取以下措施：

1. 優化孤島檢測方法：提高孤島檢測的準確性和可靠性。

2. 配置反孤島保護功能：在異常情況下快速切斷并網連接，防止孤島效應的發生。

3. 加強電網運行調度：結合新能源發電電功率預測進行電網運行調度，減輕孤島效應對電網的影響。

5.安科瑞的解決方案

5.1電能質量在線監測

APView500 電能質量在線監測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規定的各電能質量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時鐘同步、事件標記功能等各個方面均達到了 IEC61000-4-30 A 級標準，能夠滿足 110kV 及以下供電系統電能質量監測的要求。

5.2防孤島保護裝置

防孤島保護裝置檢測到并網點有逆功率、頻率突變、 等異常數據時，即發生孤島現象時，裝置可配合斷路器快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

并網光伏發電系統對電網電能質量的影響是多方面的，包括諧波、電壓波動和閃變、直流注入、孤島效應等問題。為了確保電網的安全穩定運行，需要采取一系列有效的治理措施。通過源頭治理、加裝濾波器、優化控制策略、加強監測與預測等手段，可以顯著降低并網光伏發電對電網電能質量的影響，推動新能源產業的持續健康發展。