光伏發電電能質量的提升范文

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太陽能是一種取之不盡用之不竭的清潔自然能源。太陽能光伏發電技術是利用“光生伏特效應”將光能直接轉換成電能，整個轉換過程中無排放，是最清潔、最環保的綠色能源。國能新能［2015］73號文《國家能源局關于下達2015年光伏發電建設實施方案的通知》中談到“，為穩定擴大光伏發電應用市場，2015年下達全國新增光伏電站規模為1780萬kW”，其中“鼓勵各地區優先建設35kV及以下電壓等級（東北地區66kV及以下）接入電網、單個項目容量不超過2萬kW且所發電量主要在并網點變電臺區消納的分布式光伏發電項目”。目前我國光伏發電主要有分布式光伏發電項目和光伏地面電站兩種，分布式光伏發電項目多為屋頂太陽能光伏電站。現對如何提高屋頂式太陽能光伏電站和光伏地面電站的電能質量進行探討。

1光伏發電中電能質量存在的問題

1.1屋頂太陽能光伏電站電能質量問題屋頂太陽能光伏電站通常建設規模較小，系統為：光伏組件—組串式逆變器—交流配電系統（負載）—系統并網點，一般采用“自發自用，余電饋入電網”的接入系統方式。因而，屋頂太陽能光伏電站更靠近負載端，負載端的用電負荷情況對電網接入點的電能質量影響很大。屋頂太陽能光伏電站的電能質量主要存在以下幾個方面的問題：一是三相功率不平衡。負載端存在大量的單相負載，該負載的運行方式帶來了負載端用電的不平衡，致使不能完全、有效地利用屋頂太陽能光伏電站所發電量。二是功率因數不合格。屋頂太陽能光伏電站的系統接入點對功率因數要求嚴格，但負載端的用電設備會消納部分無功功率，降低了屋頂太陽能光伏電站的功率因數，空載或帶載變壓器亦存在無功消耗的問題，由于負載變化率較大，所以不能采用“一刀切”的固定電容器組投入方式。三是諧波問題。負載端的大量非線性負荷向整個配電系統輸入了大量的諧波，對系統的安全、綠色運行帶來了極大的挑戰。四是系統優化問題。不是所有的設備達到最好使用條件，就能得到最好效果，就是最優的系統。最優的系統應該是各設備適時適當地運行，達到客戶利益的最大化。

1.2光伏地面電站電能質量問題光伏地面電站建設規模不等，從數兆瓦至數十兆瓦乃至上百兆瓦規模。光伏地面電站的系統為：光伏組件—直流匯流箱—集中式逆變器—低壓交流配電系統—升壓變壓器—中壓配電系統—系統并網點。光伏地面電站的電能質量主要存在以下幾個方面的問題：一是無功功率。光伏系統所發電為有功功率，所帶負載運行時要消納無功功率，通常在中壓配電系統配置SVC，SVC可提供感性無功功率。二是無法保證光伏發電系統功率因數。光伏地面電站接入系統時，系統對光伏地面電站的功率因數要求為：光伏發電系統功率因數應在超前0.95～滯后0.95范圍內連續可調。三是諧波問題。光伏并網逆變器采用高頻調制，易產生諧波，諧波會使電網電壓嚴重失真，致使電能質量變差，當注入電網的諧波超過一定值時，會對電網自身及用電設備的正常運行造成損害，不但使接入電網的設備無法正常工作，甚至造成故障，影響供電系統的電力輸送。國家對諧波的治理制定了相應的控制標準《電能質量———公用電網諧波》（GB/T14549—1993），只有在國家允許的諧波含有量下供電部門才能對其正常供電。諧波含量超過國家標準允許值，供電部門對其采取經濟罰款和停止供電等措施。

2提升光伏發電電能質量的對策

2.1提升屋頂太陽能光伏電站電能質量的方案由于屋頂太陽能光伏電站接入用戶配電系統，用戶負載的多樣性及非線性負載的大量應用，造成了供配電網復雜的電能質量問題，所以針對屋頂太陽能光伏電站出現的電能質量問題提出的解決方案如下：一是解決三相功率不平衡問題。在屋頂太陽能光伏電站并網點下端使用三相功率平衡裝置，使并網點處三相功率達到平衡，解決由于不平衡造成的某一相或者兩相有下網電度，而其余相有上網電度，提升屋頂太陽能光伏電站的使用率，減少下網電度，節省買電電費。二是解決功率因數不合格問題。對于用電負載不規律運行造成變壓器的空載、輕載問題，容性負載的使用造成的功率因數下降問題，目前生產的逆變器均具有有功功率（0～100％）連續可調、滿負載時功率因數0.99、無功功率可調節范圍（0.8超前～0.8滯后）的功能，可以進行功率因數的調節；同時在變壓器低壓側采用智能型動態無功補償裝置，可線性精確補償無功，完美解決傳統無功補償的“過補償”或“欠補償”問題，解決傳統的“一刀切”固定投切電容器造成的過補償導致的功率因數不合格問題。三是解決負載諧波問題。使用有源濾波器可有效解決非線性負載的諧波問題，避免諧波對電網的污染，同時也避免由于諧波問題對光伏電站的影響。四是幫助系統優化。由于大量電力電子設備的應用，為了更好地協調逆變器、補償裝置、濾波裝置、功率平衡裝置，使各設備之間達到最優化的配合，可以采用智能監控系統。該系統可監控各設備的運行數據，通過長期的數據檢測與積累，系統自動分析數據，進行優化調節并提前預警，整個系統將會更智能化、人性化。

2.2提升光伏地面電站電能質量的方案（1）無功功率和功率因數。光伏電源接入配電網不僅會引起系統潮流大小、方向的變化，而且光伏電站在并網運行過程中產生的出力變化可能會造成局部配電線路的電壓波動和閃變，若跟負載改變疊加在一起，將會引起更大的電壓波動和閃變。傳統的無功補償裝置由于存在補償速度慢、補償單向性的問題，已難以適應當前光伏發電的無功治理及無功調壓需求，取而代之的是補償速度更快、補償范圍更寬的動態無功補償裝置SVC。所以，需要在光伏電壓接入點安裝適當的動態無功補償裝置，快速、連續地提供容性和感性無功功率，解決并網升壓變壓器及線路的無功損耗，并能實時跟蹤光伏出力的波動狀況協同并網逆變器共同進行無功調壓，以此防止電網電壓波動、閃變，維持系統電壓穩定，保障電力系統穩定、高效、優質的運行，改善電能質量，使電能傳輸與分配更安全、更可控、更高效。（2）諧波問題。采用有源濾波電力濾波器補償諧波。從補償對象中檢測出諧波電流，再由補償裝置產生一個與該諧波電流大小相等、方向相反的補償電流與其相抵消，使電網電流只含基波分量，從而實現對電力諧波的動態、快速、徹底治理。

3結語

由于屋頂太陽能光伏電站直接供負載側電源，電能質量問題尤為突出與復雜，這里僅針對常規屋頂太陽能光伏電站進行了電能質量分析。屋頂太陽能光伏電站的電能質量問題還取決于客戶端的負載情況，特殊的負載應用還會產生新的電能質量問題，故屋頂太陽能光伏電站的電能質量問題需要系統處理，不能靠單一設備進行“一把抓”的解決方式。光伏地面電站的電能質量問題更集中于系統穩定性，相對于屋頂太陽能光伏電站，電能質量問題比較集中，宜采用集成性比較高、更穩定、智能的單一產品。

作者：張亮 單位：山西正和熱電工程有限公司