分布式光伏并网对电能质量的影响分析.pdf
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1、 超越照明 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明124分布式光伏并网对电能质量的影响分析于 欢国能宁夏大坝三期发电有限公司,宁夏 吴忠 751600摘要:分布式光伏并网具有绿色环保、无污染、可循环利用等优点,被越来越多的企业所关注。但随着分布式光伏大量并网,其对电网的电能质量产生了不良影响,因此在系统运行期间需解决电能质量下降的问题。文章通过研究光伏并网带来的正面影响和负面影响,结合实例建立光伏并网模型,对分布式光伏并网带来的电压波动、谐波放大等特性实施仿真分析,提出了电能质量改善建议,以此来提高光伏发电电能质量,确保电网的安全、稳定运行。关键词:分布式电源;光伏并网;电能质
2、量分类号:TM6150 引言在国家大力发展清洁能源的背景下,分布式光伏发电系统作为新兴环境友好电源,在各地得到了投资建设,能够缓解地区用电紧张问题,对保护环境生态和增强配电网运行灵活性具有重要意义。在光伏并网运行期间,电能输出具有不确定性,容易引发电网输入能量变化,给电网电能质量带来影响。为保证电网供电可靠性,需加强研究,为推广分布式光伏奠定坚实的基础。1 分布式光伏发电系统的组成分布式光伏发电系统中主要包含光伏阵列、控制器、逆变器、蓄电池组等部分。光伏阵列由多块太阳能电池板构成,通过电缆和汇线盒串并联,构成完整组件,将太阳能转换为电能。控制器用于控制蓄电池充放电,可以提供过充和过放等保护,确
3、保蓄电池正确完成充、放电动作,保持良好状态。逆变器将直流电转换为交流电,可以分为无源和有源两类,前者用于向系统传送交流电,后者用于向用户侧负载送电1。蓄电池用于存储电能,日常需要随时向负载供电。分布式光伏发电系统通过并网消纳多余电量,需通过变压器和主电网建立连接,产生的电能经过处理升压后输送至高压输电系统供电。2 分布式光伏并网对电能质量的影响2.1 正面影响光伏并网能够将太阳能源源不断地转化为电能,缓解地区用电紧张问题,并减少化石燃料电能生产带来的环境污染。过去电网主要采用集中发电模式,在同一地区建设大规模发电设备,利用线缆将电能远距离传输至其他地区,期间将产生大量线损,造成电能利用率下降。
4、分布式光伏装机规模小,可以在用户侧周边区域分散建设,通过缩短输电距离降低系统线损,实现电能高效利用。分布式光伏发电系统配备蓄电池组,能够在系统运行期间存储电能,存储用户用电需求外的电能,满足夜间用电需求,防止能源浪费。分布式光伏发电系统连接至配电网,通过逆变器调节输出频率、电压和功率,改善电能质量。在电网负载过大时,通过分布式光伏电站及时供给功率,为电网稳定运行提供保障2。2.2 负面影响2.2.1 带来谐波问题光伏并网引入大量变流器,将增加电网非线性复杂度,引发电压和电流波形畸变,带来谐波污染。光伏逆变器属于非线性负载,通过逆变器并网后,由于逆变器相同桥臂内不同开关开断时间不同,将导致大量谐
5、波电流产生,注入电网后引发各节点电压畸变,产生谐波污染3。谐波电压为谐波电流经过系统阻抗形成的电压降,大小主要受流入电网的谐波电流值和系统阻抗值影响。在并网光伏发电系统容量固定的情况下,谐波电压从电网侧到并网节点持续增加,流经各节点时变化幅度较小,产生谐波电压较小,因此负载侧和并网点谐波电压相同。并网容量较大,节点距作者简介:于欢,男,本科,工程师,研究方向为火电电力系统、新能源电力。文章编号:2096-9317(2023)03-0124-03光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 超越照明125离配电网末端较近时,将产生严重电压畸变。在配电网电压等级较低的情况下,逆变器采取并联结
6、构,将造成谐波电流分量持续叠加,给电网运行带来严重干扰。为应对谐波畸变,通常采取无源或有源滤波方式,并在并网系统中安装补偿器降低谐波含量。2.2.2 引起电压偏差分布式光伏发电系统的输出功率受日照等因素影响发生波动,接入配电网将引发潮流分布变化,流向电压持续降低,造成节点负荷电压增长。随着原本的电网系统变为多电源网络结构,稳态电压将改变,馈线电压分布受光伏出力大小、接入地点等因素的影响。在系统保持稳态时,输出无功功率将造成馈线各负荷节点电压增加,增加幅值受电源容量、并网点位影响。各节点接入相同容量电源,且接入位置与电源点保持较近距离时,不会给系统整体电压带来过大影响。但各处节点电压变化存在差异
7、,可能出现系统电压超标情况,并引发馈线功率损耗。电网接入过多光伏电源、出现负荷变化时将引发电压波动。受日照、用户需求等因素影响,无法准确计算光伏电源并网容量,严重时将造成系统电压急速下降,无法通过变压器、电容器等快速调节,最终干扰配电网运行稳定性4。为应对电压偏差问题,可优化换流器控制方式或增大并网系统短路流量。在最大视在功率不变条件下,也可以通过提高系统功率因数缩小电压波动范围5。2.2.3 存在直流偏置问题在逆变器中,相同桥臂内电子元器件无法导通,直接在开关信号内增加死区时间,将造成互补器件难以维持原本关系,引发输出电流不平衡问题。在分布式光伏直流-交流换流器中,电路元件参数存在阻抗特性差
8、异,因此无法保证开关导通和关断时间相同,引发占空比不同,最终造成直流偏置现象。运放电路或电流传感器存在误差,造成工频正弦电流正负值不同,将引发直流偏置情况。在控制器作用下,电流参考值中带有直流分量,也将产生直流偏置问题。光伏输出直流分量注入电网后将造成变压器工作点平移,引发波形畸变和电能损失。电流幅值变大,造成发电机产生脉动转矩,设备温度升高,承受较大电压应力,容易发生故障6。在畸变电流较大时,将引发保险丝熔断,导致电网停电。受直流电流影响,导线可能发生金属腐蚀,给电网运行带来安全隐患。为抑制直流偏置,通常需改变逆变器拓扑结构,采取控制算法实现脉宽调制,达到隔离直流量和电网的效果7。2.2.4
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