并网光伏发电系统对电能计量影响范文

本站小编为你精心准备了并网光伏发电系统对电能计量影响参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要：

研究光伏发电系统对现行电能计量装置的影响，分析光伏发电系统逆变器的工作原理，并给出逆变器输出的谐波成分。在此基础上根据现行电能计量装置工作机理，说明谐波影响电能计量的原理，论证光伏接入将对电能计量的准确性和公平性造成较大影响，最后给出了针对新情况下电能计量的改善措施。

关键词：

光伏；逆变器；谐波；电能计量

光伏并网发电作为清洁能源有效利用手段，必将得到快速的发展，光伏并网发电系统的研究已经成为光伏发电领域研究的前沿。随着光伏系统并网容量的增大，研究光伏发电系统对电能计量影响具有重要的意义。光伏阵列产生的是直流电能，需要通过逆变器把直流电能转换成与电网同频率、同相位的交流电才能并入电网，并网逆变器作为光伏阵列与电网的接口装置，起着关键的作用。该文从介绍光伏发电系统出发，阐述了并网逆变器的类型、工作原理、拓扑结构等方面，分析了逆变器输出的谐波成分，研究了光伏发电系统对电能计量产生的影响，并提出相应改善措施。

1并网光伏发电系统

1．1并网光伏发电系统模型三相并网光伏发电系统由光伏阵列、最大功率跟踪（MPPT）、逆变系统及交流电路组成。其中，交流电路由滤波电路和系统电网组成。系统组成结构如图1所示。图1并网光伏发电系统模型

1．2光伏并网逆变器工作原理及谐波分析

1．2．1光伏并网逆变器工作原理目前光伏发电系统主流逆变系统结构如图1所示，由前级BoostDC／DC升压电路和后级逆变电路组成。光伏逆变系统控制的整体思路是后级控制并网电流跟踪指令电流，并控制电容C2的电压稳定；前级BoostDC／DC电路通过调节全控型器件S的占空比来调节光伏阵列的输出电压，电路将光伏阵列的实际输出电压（C1的电压）和MPPT模块得到的给定条件下的光伏阵列最大功率点电压Vmppt进行比较，经过比例环节后和高频三角波进行比较，大于零则开通S，反之则关断，即可控制光伏阵列的输出电压稳定在最大功率点电压，保证光伏阵列的最大功率输出；最后经由逆变电路调制生成含有高次谐波的与电网同频同相的三相正弦工频电流，其高次谐波由后级电容电感组成的低通滤波器滤去，最终完成并网。

1．2．2光伏并网逆变器的谐波分析根据图1所示，忽略电网电压的谐波分量，通过求解各回路方程式可得U相并网电流n次谐波分量表达式。由式（1）可见，求解并网电流的各次谐波分量，需要先求解三相PWM波形的谐波分量，因此并网电流谐波分量首先与调制方式有关，其次在并网逆变系统中为防止逆变器上下桥臂直通，在脉宽调制（PWM）开关信号中插入死区时间，导致逆变器桥臂输出电压产生偏差，其积累效应足以使馈网电流波形发生畸变，产生额外的5，7等低次谐波，因此并网逆变器馈网谐波主要来源为开关管的高频脉宽调制。

2谐波对电能计量的影响

2．1不同形式负载下的谐波电能分析电力系统中的负载根据其特性可分为线性负载和非线性负载。线性负载参数不随电压或电流变化而变化，而非线性负载参数则会随电压或电流变化而变化。非线性负载工作时产生谐波的原因可由图2所示的具有非线性负载的等效电网模型给出简单说明。其中，式（3）中第一项为基波电能，第二项为谐波电能，根据正交原理，该项为零，即正弦电压源不向系统提供谐波电能。电源内阻及线路吸收的电能Wsl、线性负载吸收的电能WL及非线性负载吸收的电能WFL均可用基波与谐波的加和表示，根据能量守恒定律有。由式（4）可得非线性负载是系统的谐波来源，且非线性负载本身吸收消耗电能，这就意味着非线性负载产生的谐波能量是由基波电能中的一部分转换而来的，并且向系统反送谐波电能。因此，如果计量全波电能，对非线性负载用户有利，不利于供电公司和线性负载用户。同时，谐波感抗较大，谐波功率因数较小，谐波电压、电流相位差比较大，因此谐波电能计量困难，可能出现较大误差［1］。

2．2电能表因谐波产生的误差分析目前主流电能表为电子式电能表，电子式电能表能对基波电能和一定频率范围内的谐波电能进行计量，但因其计量时没有完全把谐波功率考虑进去，这是现行电能计量装置的通病，故而在含有大量谐波的电网中会产生很大的计量误差。下面将对电子式电能表误差产生的原因做出简单分析。从2个方面来分析电子式电能表的计量误差：a．当电压和电流信号只有一个发生畸变，而另一个还是正弦波时，根据正弦函数的正交性，在这种情况下的电子式电能表的误差变化很小，可认为不变。b．当存在谐波功率时，对于可以计量谐波功率的电能表，同样可以按其频率响特性来进行分析。通过分析电子式电能表内部电路可知，电子式电能表的计量误差主要取决于其乘法器的误差，目前比较成熟的是时分割模拟乘法器和A／D转换数字乘法器，时分割乘法器是高准确度有功功率和电能测量装置的核心部件，也是影响功率、电能测量装置准确度的主要部件。时分割乘法器完成相乘的过程是用一路信号去调宽（如电压信号），另一路信号被调宽信号所调制（如电流信号），即被调幅，时分割模拟乘法器输出脉冲串的平均值代表两路信号的乘积。通过实验结合式（5）可知，频率越高带来的计量误差就越大。与时分割乘法器电子式电能表相比，智能电能表采用了A／D转换数字乘法器，可以更容易进行多功能计量工作，在基波范围内计量误差有所减小。而在高次谐波情况下，由于受到采样频率的限制，智能电能表在计量叠加多次谐波电能量时误差可能更大，这是由其制作的原理来决定的，电能表进行采样的方式是：A／D转换一数字乘法器一处理器一显示输出，智能电能表是按照正弦50Hz在不超过国家标准的情况下工作的，按照智能电能表的检定规程，智能电能表的电流、电压所允许的失真正弦波是在一定的范围内的，而高次谐波时（电流回路有很窄小但幅值很高）将导致对尖峰信号采样不准，造成电能计量误差。谐波次数越高越容易产生电能误差。

3改善谐波对电能计量装置影响的措施

根据前面的分析，并网光伏发电系统逆变器是非线性负载的一种，会给系统带来大量谐波，而谐波会给电能计量装置带来计量误差，从而给电网公司和用户带来一定的经济损失。为了提高光伏发电系统并网电能计量装置的计量准确性，就要减小并网点电压电流的谐波含量，或者采用可以对基波电能和谐波电能分别计量的谐波电能表，量化它们对电网公司和用户的影响程度，然后综合考虑合适的计量方法。

3．1优化光伏并网逆变器控制策略该文在研究基于SPWM的PI控制基础上提出了一种多功能并网逆变器控制策略，即在与系统电网电压同步的旋转坐标系下，利用2个PI调节器对并网d－q轴电流分别进行解偶控制，控制系统中d轴电流调节逆变器的有功输出，而q轴通过对负荷电流谐波、无功分量的检测，将谐波和无功补偿分量引入到并网指令电流信号中，使并网逆变器补偿非线性负荷的谐波和无功电流分量，以保证流过电网的电流为基波有功分量。同时为保证光伏发电系统不参与系统调压，设置q轴参考电流为0，可保证逆变器输出电流与系统电网电压同频同相，功率因数为1。仿真试验结果表明，上述方法能够有效地控制逆变器输出的谐波分量，使得逆变输出电压的谐波大大减小，从而降低了并网电流的失真度，输出电能质量明显改善，减少对并网电能计量准确性的影响［23］。

3．2研究推广新型计量设备目前已研制出针对谐波用户进行计量的专用谐波电能表，可对基波和谐波的电能进行分别计量，但谐波电能表的相关技术标准尚未颁布，谐波电量的收费标准也没有形成，所以此种谐波电能表的应用还需要时间。

4结束语

随着光伏发电所占比例的增加，其并网带来的谐波问题对电能计量的影响也会与日俱增，对电网环境造成了严重污染，增加了电网企业的经营成本。研究其对电力计量设备的影响，提出应对措施，确保电能计量的准确性和公平性。

参考文献：

［1］许仪勋．谐波对电能计量的影响与对策［D］．上海：上海交通大学，2008．

［2］韩莹，陈维荣，李奇，等．分布式电源并网逆变器谐波抑制方法［J］．电力系统及其自动化学报，2014，26（9）：26．

［3］吴春华．光伏发电系统逆变技术研究［D］．上海：上海大学，2008．

作者：石振刚 张洋瑞 任鹏 冯波 单位：国网河北省电力公司电力科学研究院