光伏发电电能质量的提升范文

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太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁自然能源。太阳能光伏发电技术是利用“光生伏特效应”将光能直接转换成电能，整个转换过程中无排放，是最清洁、最环保的绿色能源。国能新能［2015］73号文《国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知》中谈到“，为稳定扩大光伏发电应用市场，2015年下达全国新增光伏电站规模为1780万kW”，其中“鼓励各地区优先建设35kV及以下电压等级（东北地区66kV及以下）接入电网、单个项目容量不超过2万kW且所发电量主要在并网点变电台区消纳的分布式光伏发电项目”。目前我国光伏发电主要有分布式光伏发电项目和光伏地面电站两种，分布式光伏发电项目多为屋顶太阳能光伏电站。现对如何提高屋顶式太阳能光伏电站和光伏地面电站的电能质量进行探讨。

1光伏发电中电能质量存在的问题

1.1屋顶太阳能光伏电站电能质量问题屋顶太阳能光伏电站通常建设规模较小，系统为：光伏组件—组串式逆变器—交流配电系统（负载）—系统并网点，一般采用“自发自用，余电馈入电网”的接入系统方式。因而，屋顶太阳能光伏电站更靠近负载端，负载端的用电负荷情况对电网接入点的电能质量影响很大。屋顶太阳能光伏电站的电能质量主要存在以下几个方面的问题：一是三相功率不平衡。负载端存在大量的单相负载，该负载的运行方式带来了负载端用电的不平衡，致使不能完全、有效地利用屋顶太阳能光伏电站所发电量。二是功率因数不合格。屋顶太阳能光伏电站的系统接入点对功率因数要求严格，但负载端的用电设备会消纳部分无功功率，降低了屋顶太阳能光伏电站的功率因数，空载或带载变压器亦存在无功消耗的问题，由于负载变化率较大，所以不能采用“一刀切”的固定电容器组投入方式。三是谐波问题。负载端的大量非线性负荷向整个配电系统输入了大量的谐波，对系统的安全、绿色运行带来了极大的挑战。四是系统优化问题。不是所有的设备达到最好使用条件，就能得到最好效果，就是最优的系统。最优的系统应该是各设备适时适当地运行，达到客户利益的最大化。

1.2光伏地面电站电能质量问题光伏地面电站建设规模不等，从数兆瓦至数十兆瓦乃至上百兆瓦规模。光伏地面电站的系统为：光伏组件—直流汇流箱—集中式逆变器—低压交流配电系统—升压变压器—中压配电系统—系统并网点。光伏地面电站的电能质量主要存在以下几个方面的问题：一是无功功率。光伏系统所发电为有功功率，所带负载运行时要消纳无功功率，通常在中压配电系统配置SVC，SVC可提供感性无功功率。二是无法保证光伏发电系统功率因数。光伏地面电站接入系统时，系统对光伏地面电站的功率因数要求为：光伏发电系统功率因数应在超前0.95～滞后0.95范围内连续可调。三是谐波问题。光伏并网逆变器采用高频调制，易产生谐波，谐波会使电网电压严重失真，致使电能质量变差，当注入电网的谐波超过一定值时，会对电网自身及用电设备的正常运行造成损害，不但使接入电网的设备无法正常工作，甚至造成故障，影响供电系统的电力输送。国家对谐波的治理制定了相应的控制标准《电能质量———公用电网谐波》（GB/T14549—1993），只有在国家允许的谐波含有量下供电部门才能对其正常供电。谐波含量超过国家标准允许值，供电部门对其采取经济罚款和停止供电等措施。

2提升光伏发电电能质量的对策

2.1提升屋顶太阳能光伏电站电能质量的方案由于屋顶太阳能光伏电站接入用户配电系统，用户负载的多样性及非线性负载的大量应用，造成了供配电网复杂的电能质量问题，所以针对屋顶太阳能光伏电站出现的电能质量问题提出的解决方案如下：一是解决三相功率不平衡问题。在屋顶太阳能光伏电站并网点下端使用三相功率平衡装置，使并网点处三相功率达到平衡，解决由于不平衡造成的某一相或者两相有下网电度，而其余相有上网电度，提升屋顶太阳能光伏电站的使用率，减少下网电度，节省买电电费。二是解决功率因数不合格问题。对于用电负载不规律运行造成变压器的空载、轻载问题，容性负载的使用造成的功率因数下降问题，目前生产的逆变器均具有有功功率（0～100％）连续可调、满负载时功率因数0.99、无功功率可调节范围（0.8超前～0.8滞后）的功能，可以进行功率因数的调节；同时在变压器低压侧采用智能型动态无功补偿装置，可线性精确补偿无功，完美解决传统无功补偿的“过补偿”或“欠补偿”问题，解决传统的“一刀切”固定投切电容器造成的过补偿导致的功率因数不合格问题。三是解决负载谐波问题。使用有源滤波器可有效解决非线性负载的谐波问题，避免谐波对电网的污染，同时也避免由于谐波问题对光伏电站的影响。四是帮助系统优化。由于大量电力电子设备的应用，为了更好地协调逆变器、补偿装置、滤波装置、功率平衡装置，使各设备之间达到最优化的配合，可以采用智能监控系统。该系统可监控各设备的运行数据，通过长期的数据检测与积累，系统自动分析数据，进行优化调节并提前预警，整个系统将会更智能化、人性化。

2.2提升光伏地面电站电能质量的方案（1）无功功率和功率因数。光伏电源接入配电网不仅会引起系统潮流大小、方向的变化，而且光伏电站在并网运行过程中产生的出力变化可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变，若跟负载改变叠加在一起，将会引起更大的电压波动和闪变。传统的无功补偿装置由于存在补偿速度慢、补偿单向性的问题，已难以适应当前光伏发电的无功治理及无功调压需求，取而代之的是补偿速度更快、补偿范围更宽的动态无功补偿装置SVC。所以，需要在光伏电压接入点安装适当的动态无功补偿装置，快速、连续地提供容性和感性无功功率，解决并网升压变压器及线路的无功损耗，并能实时跟踪光伏出力的波动状况协同并网逆变器共同进行无功调压，以此防止电网电压波动、闪变，维持系统电压稳定，保障电力系统稳定、高效、优质的运行，改善电能质量，使电能传输与分配更安全、更可控、更高效。（2）谐波问题。采用有源滤波电力滤波器补偿谐波。从补偿对象中检测出谐波电流，再由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流与其相抵消，使电网电流只含基波分量，从而实现对电力谐波的动态、快速、彻底治理。

3结语

由于屋顶太阳能光伏电站直接供负载侧电源，电能质量问题尤为突出与复杂，这里仅针对常规屋顶太阳能光伏电站进行了电能质量分析。屋顶太阳能光伏电站的电能质量问题还取决于客户端的负载情况，特殊的负载应用还会产生新的电能质量问题，故屋顶太阳能光伏电站的电能质量问题需要系统处理，不能靠单一设备进行“一把抓”的解决方式。光伏地面电站的电能质量问题更集中于系统稳定性，相对于屋顶太阳能光伏电站，电能质量问题比较集中，宜采用集成性比较高、更稳定、智能的单一产品。

作者：张亮 单位：山西正和热电工程有限公司