李義鵬

（百色新鋁電力有限公司，廣西 百色 533000）

0 引言

化石能源對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的危害日趨嚴(yán)重，已經(jīng)引起世界各個(gè)國(guó)家的高度重視，紛紛采取各種措施降低化石能源在能源利用中的比重，其中太陽(yáng)能是目前最為炙手可熱是自然能源。太陽(yáng)每日照射地表1h 所產(chǎn)生的能源能夠滿足全球整年的需求，因此，太陽(yáng)能可以作為代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源的可再生能源之一。太陽(yáng)能的合理利用，可做到真正的取之不盡，用之不竭，擺脫了對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴[1]。在利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電的過(guò)程中，光伏發(fā)電是最為普遍采用的技術(shù)之一。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)分類(lèi)

通常情況下，根據(jù)光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)之間電力的提供以及吸取特性，可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)分為逆流、非逆流以及切換三大種類(lèi)。

1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換至電能，這一能源的轉(zhuǎn)換主要是依靠光伏陣列、逆變器、變換器等元器件實(shí)現(xiàn)的。在元器件工作過(guò)程中，將會(huì)對(duì)光伏陣列中最大功率跟蹤點(diǎn)以及并網(wǎng)處的電流大小進(jìn)行檢測(cè)，并將其結(jié)果實(shí)時(shí)反饋至逆變器當(dāng)中，從而使得輸出電流得到不斷的調(diào)節(jié)，滿足用戶負(fù)載的需求以及達(dá)到電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 太陽(yáng)能電池技術(shù)

在實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能向電能轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中必不可少的重要元器件之一。太陽(yáng)能電池板工作時(shí)，利用其板內(nèi)特有半導(dǎo)體的特性，直接實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)換。

1.3.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變技術(shù)

在用戶負(fù)載用電時(shí)，主要是以交流電為主。但是目前我國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)所轉(zhuǎn)換而成的電流主要是以直流電的形式為主。這一特點(diǎn)使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的推廣也受到一定的影響。因此，為了使得光伏發(fā)電系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)方面，逆變器在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用也是越來(lái)越關(guān)鍵。逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娦问降霓D(zhuǎn)換器，目前，該技術(shù)已經(jīng)取得一定的成績(jī)。

1.3.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)

根據(jù)光伏電池的工作原理可知，其電池板輸出電流大小主要取決于由光照強(qiáng)度，而輸出電壓的大小取決于溫度的高低。如果太陽(yáng)能電池板所輸出的電流或者電壓值達(dá)到歐最大時(shí)，其所對(duì)應(yīng)向外輸出的功率將會(huì)變小。因此，為了使得其向外輸出的功率最大，要使光伏電池工作在一定的溫度以及太陽(yáng)光強(qiáng)度下。由于光伏電池的造價(jià)成本較高，是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，為了在將降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本同時(shí)提高對(duì)太陽(yáng)能的利用率，因此，需要采取光伏電池的最大功率點(diǎn)跟蹤控制來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)時(shí)的影響

2.1 對(duì)電壓質(zhì)量的影響

在分布式光伏系統(tǒng)中，逆變器輸出電流中含有較高的高頻諧波，如果開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)閉合頻率增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其諧波污染更加嚴(yán)重。此外，由于逆變器的輸出電流當(dāng)中含有直流偏置，將影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

光伏并網(wǎng)后，電網(wǎng)由原來(lái)單側(cè)電源、轄射型網(wǎng)絡(luò)，變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)，這就有可能使得配網(wǎng)潮流逆流，引起光伏并網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓升窩，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致電網(wǎng)電壓越限；光伏電源由于其輸出的隨機(jī)性，當(dāng)其輸出功率變化過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動(dòng)超過(guò)限值；光伏電源通過(guò)逆變器并網(wǎng)，在直流逆變?yōu)榻涣鲿r(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生諧波污染；單相光伏電源的接入會(huì)引起電壓不平衡問(wèn)題；隨著光伏電源在電網(wǎng)中滲透率的不斷增加，光伏電源出力的隨機(jī)性會(huì)使電網(wǎng)的頻率發(fā)生波動(dòng)。光伏未并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)潮流單向流動(dòng)，傳統(tǒng)電網(wǎng)電壓調(diào)整設(shè)備一般可使電網(wǎng)電壓滿足要求，而光伏電源接入后，電網(wǎng)的潮流可能會(huì)雙向流動(dòng)，因此光伏電源的接入會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)無(wú)功電壓調(diào)整效果產(chǎn)生一定影響[3]。

2.2 在諧波方面的影響

首先，當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)電網(wǎng)阻抗同電網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)，會(huì)使得光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部以及其與電網(wǎng)間出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。諧振的出現(xiàn)不僅使得光伏系統(tǒng)內(nèi)部的諧波含量發(fā)生變化，與此同時(shí)降低系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。目前，交流裝置、變壓器等電子電力元器件的廣泛應(yīng)用，使得電力系統(tǒng)的諧波污染逐漸增加，從而由諧波問(wèn)題所引發(fā)的故障也越來(lái)越多。在電力系統(tǒng)中，諧波含量的增多不僅會(huì)使得電網(wǎng)中輸送線路的損耗增大，還會(huì)在一定程度上降低系統(tǒng)的發(fā)電、傳輸電能以及用電的效率。對(duì)于用電設(shè)備而言，較高的諧波會(huì)使得各個(gè)設(shè)備的正常工作是受到一定程度的干擾，例如，使設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，電容器、電抗器等元件出現(xiàn)嚴(yán)重發(fā)熱現(xiàn)象，從而使得設(shè)備的使用遭到損壞，另外，也會(huì)嚴(yán)重縮減設(shè)備的使用壽命。而對(duì)于通信系統(tǒng)而言，當(dāng)輸送電纜中的諧波含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致通信線路的正常通信受到干擾，當(dāng)干擾不嚴(yán)重時(shí)，知識(shí)會(huì)對(duì)其通信質(zhì)量產(chǎn)生影響，而當(dāng)干擾較為嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使得通信系統(tǒng)的信號(hào)被丟失，甚至?xí)沟猛ㄐ旁O(shè)備受到破壞，人員生命安全遭到威脅。

其次，將光伏系統(tǒng)并入至電網(wǎng)中時(shí)，由于其直流電向交流電轉(zhuǎn)換過(guò)程中，會(huì)受到逆變器內(nèi)的諧波影響，使得光伏系統(tǒng)的諧波污染也會(huì)隨之發(fā)生變化，而光伏系統(tǒng)并入電網(wǎng)時(shí)，對(duì)在諧波方面所產(chǎn)的危害主要包括以下方面。

（1）完成光伏電傳送至電網(wǎng)中這一工作，主要是利用高壓輸送線纜，而由于輸送線路存在一定的線路阻抗，使得諧波電流會(huì)在傳輸線路中出現(xiàn)流動(dòng)，同時(shí)造成傳送線路的功率損耗增加。通常情況下，電網(wǎng)中電流發(fā)生畸變的概率較小，但是由于光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)會(huì)帶有高頻諧波，且在高頻諧波的共同作用下會(huì)使得輸送電路中的諧波阻抗比增加。因此，會(huì)使得整個(gè)電網(wǎng)的線損耗增加，且降低了輸送線路對(duì)電力的傳輸效率。除此之外，光伏系統(tǒng)中的諧波會(huì)隨著電網(wǎng)的傳播，不但會(huì)給用電用戶帶去一定程度上的功率損耗，還會(huì)使得用電設(shè)備受到一定的影響。目前，主要通過(guò)架空線路進(jìn)行電力供應(yīng)，而架空線路會(huì)產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，且電暈的大小主要受到電網(wǎng)電壓峰值的影響。在正常情況，電壓基波可以滿足基本電能的要求，但是將光伏系統(tǒng)并入電網(wǎng)收架后，存在諧波污染等現(xiàn)象，這一現(xiàn)象會(huì)使得實(shí)際的電壓峰值超過(guò)其額定值大小，從而增加了電暈損耗。

（2）電網(wǎng)中，諧波污染不僅會(huì)使得電網(wǎng)中的線路出現(xiàn)損耗，還會(huì)使得其輸出出現(xiàn)尖峰現(xiàn)象。電壓尖峰不僅會(huì)使得電纜出現(xiàn)快速老化，換回時(shí)期出現(xiàn)局部放電，縮短電纜的正常使用期限。此外，由于電纜中存在電容，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電容會(huì)與電感共同引起諧振，從而使得諧振電流得到進(jìn)一步放大。與此同時(shí)，諧波還會(huì)使得電網(wǎng)中的電壓出現(xiàn)畸變，從而導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓不能滿足實(shí)際需求的指標(biāo)，從而降低了整個(gè)電網(wǎng)的供電質(zhì)量。而電網(wǎng)主要是完成向用電用戶提供電能這一工作，而當(dāng)電網(wǎng)的電能質(zhì)量下降時(shí)，也會(huì)使得用電用戶的用電質(zhì)量得不到保障，從而對(duì)用電設(shè)備一定程度上的損壞[4]。

2.3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

截至目前，我國(guó)光伏發(fā)電與過(guò)去相比，該技術(shù)得到一定程度上提升。但是與國(guó)外的光伏技術(shù)相比，依然還存在一定的差距。例如，存在并網(wǎng)逆變器中的電磁噪聲以及電磁兼容性這兩大問(wèn)題，不僅會(huì)使光伏并網(wǎng)的質(zhì)量受到嚴(yán)重影響，還會(huì)使得整體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性受到一定程度的影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)就是利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換，太陽(yáng)光的照射時(shí)間以及輻射強(qiáng)度都會(huì)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生電能的穩(wěn)定性以及連續(xù)性造成影響，因此，會(huì)使得產(chǎn)生的電能出現(xiàn)電壓波動(dòng)、電壓不穩(wěn)定等缺陷。近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)光伏系統(tǒng)的大力推廣以及光伏技術(shù)的大規(guī)模使用，使得并網(wǎng)發(fā)電越來(lái)越多，從而光伏發(fā)電系統(tǒng)的不良影響也是越來(lái)越明顯。除此之外，進(jìn)行光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，電壓質(zhì)量的好壞和光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)的接入位置、容量大小都有密切相關(guān)。此外，由于光伏發(fā)電所產(chǎn)生的直流電必須通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電時(shí)，才可被用戶負(fù)載所使用，而逆變器內(nèi)部的電子元器件存在一定的諧波污染，因此增加光伏系統(tǒng)的諧波污染情況，同時(shí)也產(chǎn)生電壓不平衡等多方面故障。

3 改善光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)影響的措施

3.1 改善對(duì)電壓質(zhì)量的影響

對(duì)含有光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)進(jìn)行有效合理的管理，是使光伏發(fā)電系統(tǒng)廣泛應(yīng)用的重要措施之一。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)在工作過(guò)程中選在不穩(wěn)定性、間歇性以及波動(dòng)性等特點(diǎn)，因此會(huì)使得光伏系統(tǒng)的可控性大大降低，同時(shí)，也會(huì)使得電網(wǎng)中的電能質(zhì)量受到明顯的影響。因此，可以通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功出力的控制來(lái)改善其對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量產(chǎn)生的影響。而進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)的有功出力控制時(shí)，常用的方法有兩種。①改變光伏電池上的工作點(diǎn)位置進(jìn)行光伏電池輸出功率大小的調(diào)整。②在保持光伏電池正常工作的狀態(tài)下，利用調(diào)儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)改變系統(tǒng)的出力。

除此之外，還可利用光伏系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓質(zhì)量的改善。當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率容量較大時(shí)，其所占的有功調(diào)節(jié)比例將越大，因此能夠更好地抑制功率的波動(dòng)。在出現(xiàn)三相接地短路時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)有效抑制系統(tǒng)的功角振蕩。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行電壓質(zhì)量改善時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率容量越大，有功調(diào)節(jié)比例越大，對(duì)電壓的支持效果會(huì)越好，另外，當(dāng)儲(chǔ)能系統(tǒng)集中工作時(shí)，其效果要明顯大于儲(chǔ)能系統(tǒng)處于分散狀態(tài)時(shí)的工作效果。

采用有功調(diào)度，對(duì)光伏系統(tǒng)的電壓改善可以達(dá)到一定效果，但是如果只采用有功限制控制，也會(huì)在某些情況下使得有功輸出受到限制，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)整體的經(jīng)濟(jì)性能有所下降。因此，還可在光伏系統(tǒng)中通過(guò)無(wú)功控制來(lái)改善電壓質(zhì)量。

3.2 諧波治理措施

電網(wǎng)諧波會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響，導(dǎo)致電壓波形發(fā)生畸變，破壞電力系統(tǒng)中設(shè)備的正常運(yùn)行，導(dǎo)致其出現(xiàn)異常及故障。諧波污染對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的危害有以下方面：①由于諧波使得機(jī)電配置的保護(hù)動(dòng)作出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而使得系統(tǒng)不能得到全面有效的保護(hù)，從而造成供配電線路的危害。②電網(wǎng)諧波會(huì)引起串聯(lián)以及并聯(lián)諧振的發(fā)生，出現(xiàn)過(guò)電流以及過(guò)電壓現(xiàn)象，從而對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成較為嚴(yán)重的影響。③由于諧波使得輸電線產(chǎn)生諧波壓降的同時(shí)還會(huì)使其電流有限制有所上升，因此會(huì)導(dǎo)致輸送線纜上的功耗有所增加。④諧波會(huì)導(dǎo)致電熱器件溫度上升，從而損壞了電容器的使用壽命。治理諧波污染是改善電能質(zhì)量的重要措施。治理電網(wǎng)諧波污染時(shí)，可以從電網(wǎng)測(cè)以及光伏發(fā)電系統(tǒng)這兩方面著手進(jìn)行。

3.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用諧波治理措施

將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)中時(shí)，保證并網(wǎng)電流的諧波畸變率較低是電網(wǎng)的基本要求。近年來(lái)，隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展，人們也逐漸深入研究如何抑制光伏并網(wǎng)中逆變器諧波污染這一問(wèn)題。在光伏發(fā)電系統(tǒng)過(guò)程中，主要通過(guò)脈寬調(diào)制技術(shù)以及特定諧波消除法，較好地抑制諧波污染。

3.2.2 電網(wǎng)中采用的諧波治理措施

（1）無(wú)源濾波技術(shù)。無(wú)源濾波，就是將電抗器和電容器串聯(lián)后，形成串聯(lián)回路將其并入至工作系統(tǒng)中。進(jìn)行LC 回路濾波設(shè)置時(shí)，需要將該電路的諧振頻率設(shè)定在需要濾除諧波頻率上，從而達(dá)到濾波的目的。該濾波方式成本較低，且最終實(shí)現(xiàn)的濾波效果不佳，如果系統(tǒng)中的諧振頻率設(shè)定不當(dāng)時(shí)，會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生諧振。但是在實(shí)際市場(chǎng)流動(dòng)中可發(fā)現(xiàn)，由于該種濾波方式成本較低，因此絕大部分用戶采用該種濾波方式。

（2）有源濾波技術(shù)。由于無(wú)源濾波的實(shí)際濾波效果并不是十分理想，因此，在無(wú)源濾波的基礎(chǔ)上開(kāi)始發(fā)展有源濾波技術(shù)。該種濾波技術(shù)主要是利用電子電力器件形成電路，該電路所產(chǎn)生的諧波電流其頻率、幅值都與系統(tǒng)諧振保持一致，但相位與之相反，從而該諧波電流可以抵消系統(tǒng)中的諧波電流，從而達(dá)到消除諧波的目的。但由于有源濾波過(guò)程中要使用到電子電力器件，因此元器件的耐壓能力是限制電路電流發(fā)展的一個(gè)重要外界因素。除此之外，電子元器件成本較高，且有源濾波裝置制作較為煩瑣，因此也會(huì)使得整體有源濾波裝置成本上升。有源濾波器濾波效果極好，但鑒于成本這一因素，以及用戶濾波要求較低，該技術(shù)在用戶應(yīng)用中較少。主要被應(yīng)用在工廠計(jì)算機(jī)控制供電系統(tǒng)等對(duì)李濾波要求極高的工程中[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)作為發(fā)電系統(tǒng)，其主要是利用逆變器將光伏電池組件中的直流電轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電形式，并且將其直接接入公共電網(wǎng)當(dāng)中。但是太陽(yáng)光分布具有分散性、隨機(jī)性以及不穩(wěn)定性，以上特點(diǎn)使得光伏發(fā)電系統(tǒng)工作過(guò)程中所產(chǎn)生的電能也具有以上特點(diǎn)，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的可控制性較差。站在電網(wǎng)的角度來(lái)看，光伏發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)的發(fā)電系統(tǒng)之間存在明顯的區(qū)別，不能按照常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)條件以及并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)設(shè)計(jì)。