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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(fā)電技術(shù)是利用“光生伏特效應(yīng)”將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中無排放，是最清潔、最環(huán)保的綠色能源。國能新能［2015］73號(hào)文《國家能源局關(guān)于下達(dá)2015年光伏發(fā)電建設(shè)實(shí)施方案的通知》中談到“，為穩(wěn)定擴(kuò)大光伏發(fā)電應(yīng)用市場(chǎng)，2015年下達(dá)全國新增光伏電站規(guī)模為1780萬kW”，其中“鼓勵(lì)各地區(qū)優(yōu)先建設(shè)35kV及以下電壓等級(jí)（東北地區(qū)66kV及以下）接入電網(wǎng)、單個(gè)項(xiàng)目容量不超過2萬kW且所發(fā)電量主要在并網(wǎng)點(diǎn)變電臺(tái)區(qū)消納的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目”。目前我國光伏發(fā)電主要有分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目和光伏地面電站兩種，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目多為屋頂太陽能光伏電站。現(xiàn)對(duì)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(zhì)量進(jìn)行探討。

1光伏發(fā)電中電能質(zhì)量存在的問題

1.1屋頂太陽能光伏電站電能質(zhì)量問題屋頂太陽能光伏電站通常建設(shè)規(guī)模較小，系統(tǒng)為：光伏組件—組串式逆變器—交流配電系統(tǒng)（負(fù)載）—系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)，一般采用“自發(fā)自用，余電饋入電網(wǎng)”的接入系統(tǒng)方式。因而，屋頂太陽能光伏電站更靠近負(fù)載端，負(fù)載端的用電負(fù)荷情況對(duì)電網(wǎng)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量影響很大。屋頂太陽能光伏電站的電能質(zhì)量主要存在以下幾個(gè)方面的問題：一是三相功率不平衡。負(fù)載端存在大量的單相負(fù)載，該負(fù)載的運(yùn)行方式帶來了負(fù)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(fā)電量。二是功率因數(shù)不合格。屋頂太陽能光伏電站的系統(tǒng)接入點(diǎn)對(duì)功率因數(shù)要求嚴(yán)格，但負(fù)載端的用電設(shè)備會(huì)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(shù)，空載或帶載變壓器亦存在無功消耗的問題，由于負(fù)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(fù)載端的大量非線性負(fù)荷向整個(gè)配電系統(tǒng)輸入了大量的諧波，對(duì)系統(tǒng)的安全、綠色運(yùn)行帶來了極大的挑戰(zhàn)。四是系統(tǒng)優(yōu)化問題。不是所有的設(shè)備達(dá)到最好使用條件，就能得到最好效果，就是最優(yōu)的系統(tǒng)。最優(yōu)的系統(tǒng)應(yīng)該是各設(shè)備適時(shí)適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，達(dá)到客戶利益的最大化。

1.2光伏地面電站電能質(zhì)量問題光伏地面電站建設(shè)規(guī)模不等，從數(shù)兆瓦至數(shù)十兆瓦乃至上百兆瓦規(guī)模。光伏地面電站的系統(tǒng)為：光伏組件—直流匯流箱—集中式逆變器—低壓交流配電系統(tǒng)—升壓變壓器—中壓配電系統(tǒng)—系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)。光伏地面電站的電能質(zhì)量主要存在以下幾個(gè)方面的問題：一是無功功率。光伏系統(tǒng)所發(fā)電為有功功率，所帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)要消納無功功率，通常在中壓配電系統(tǒng)配置SVC，SVC可提供感性無功功率。二是無法保證光伏發(fā)電系統(tǒng)功率因數(shù)。光伏地面電站接入系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)對(duì)光伏地面電站的功率因數(shù)要求為：光伏發(fā)電系統(tǒng)功率因數(shù)應(yīng)在超前0.95～滯后0.95范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。三是諧波問題。光伏并網(wǎng)逆變器采用高頻調(diào)制，易產(chǎn)生諧波，諧波會(huì)使電網(wǎng)電壓嚴(yán)重失真，致使電能質(zhì)量變差，當(dāng)注入電網(wǎng)的諧波超過一定值時(shí)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)自身及用電設(shè)備的正常運(yùn)行造成損害，不但使接入電網(wǎng)的設(shè)備無法正常工作，甚至造成故障，影響供電系統(tǒng)的電力輸送。國家對(duì)諧波的治理制定了相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量———公用電網(wǎng)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(duì)其正常供電。諧波含量超過國家標(biāo)準(zhǔn)允許值，供電部門對(duì)其采取經(jīng)濟(jì)罰款和停止供電等措施。

2提升光伏發(fā)電電能質(zhì)量的對(duì)策

2.1提升屋頂太陽能光伏電站電能質(zhì)量的方案由于屋頂太陽能光伏電站接入用戶配電系統(tǒng)，用戶負(fù)載的多樣性及非線性負(fù)載的大量應(yīng)用，造成了供配電網(wǎng)復(fù)雜的電能質(zhì)量問題，所以針對(duì)屋頂太陽能光伏電站出現(xiàn)的電能質(zhì)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(wǎng)點(diǎn)下端使用三相功率平衡裝置，使并網(wǎng)點(diǎn)處三相功率達(dá)到平衡，解決由于不平衡造成的某一相或者兩相有下網(wǎng)電度，而其余相有上網(wǎng)電度，提升屋頂太陽能光伏電站的使用率，減少下網(wǎng)電度，節(jié)省買電電費(fèi)。二是解決功率因數(shù)不合格問題。對(duì)于用電負(fù)載不規(guī)律運(yùn)行造成變壓器的空載、輕載問題，容性負(fù)載的使用造成的功率因數(shù)下降問題，目前生產(chǎn)的逆變器均具有有功功率（0～100％）連續(xù)可調(diào)、滿負(fù)載時(shí)功率因數(shù)0.99、無功功率可調(diào)節(jié)范圍（0.8超前～0.8滯后）的功能，可以進(jìn)行功率因數(shù)的調(diào)節(jié)；同時(shí)在變壓器低壓側(cè)采用智能型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，可線性精確補(bǔ)償無功，完美解決傳統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)摹斑^補(bǔ)償”或“欠補(bǔ)償”問題，解決傳統(tǒng)的“一刀切”固定投切電容器造成的過補(bǔ)償導(dǎo)致的功率因數(shù)不合格問題。三是解決負(fù)載諧波問題。使用有源濾波器可有效解決非線性負(fù)載的諧波問題，避免諧波對(duì)電網(wǎng)的污染，同時(shí)也避免由于諧波問題對(duì)光伏電站的影響。四是幫助系統(tǒng)優(yōu)化。由于大量電力電子設(shè)備的應(yīng)用，為了更好地協(xié)調(diào)逆變器、補(bǔ)償裝置、濾波裝置、功率平衡裝置，使各設(shè)備之間達(dá)到最優(yōu)化的配合，可以采用智能監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過長期的數(shù)據(jù)檢測(cè)與積累，系統(tǒng)自動(dòng)分析數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)并提前預(yù)警，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)更智能化、人性化。

2.2提升光伏地面電站電能質(zhì)量的方案（1）無功功率和功率因數(shù)。光伏電源接入配電網(wǎng)不僅會(huì)引起系統(tǒng)潮流大小、方向的變化，而且光伏電站在并網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的出力變化可能會(huì)造成局部配電線路的電壓波動(dòng)和閃變，若跟負(fù)載改變疊加在一起，將會(huì)引起更大的電壓波動(dòng)和閃變。傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置由于存在補(bǔ)償速度慢、補(bǔ)償單向性的問題，已難以適應(yīng)當(dāng)前光伏發(fā)電的無功治理及無功調(diào)壓需求，取而代之的是補(bǔ)償速度更快、補(bǔ)償范圍更寬的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC。所以，需要在光伏電壓接入點(diǎn)安裝適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，快速、連續(xù)地提供容性和感性無功功率，解決并網(wǎng)升壓變壓器及線路的無功損耗，并能實(shí)時(shí)跟蹤光伏出力的波動(dòng)狀況協(xié)同并網(wǎng)逆變器共同進(jìn)行無功調(diào)壓，以此防止電網(wǎng)電壓波動(dòng)、閃變，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行，改善電能質(zhì)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(bǔ)償諧波。從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，再由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流與其相抵消，使電網(wǎng)電流只含基波分量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力諧波的動(dòng)態(tài)、快速、徹底治理。

3結(jié)語

由于屋頂太陽能光伏電站直接供負(fù)載側(cè)電源，電能質(zhì)量問題尤為突出與復(fù)雜，這里僅針對(duì)常規(guī)屋頂太陽能光伏電站進(jìn)行了電能質(zhì)量分析。屋頂太陽能光伏電站的電能質(zhì)量問題還取決于客戶端的負(fù)載情況，特殊的負(fù)載應(yīng)用還會(huì)產(chǎn)生新的電能質(zhì)量問題，故屋頂太陽能光伏電站的電能質(zhì)量問題需要系統(tǒng)處理，不能靠單一設(shè)備進(jìn)行“一把抓”的解決方式。光伏地面電站的電能質(zhì)量問題更集中于系統(tǒng)穩(wěn)定性，相對(duì)于屋頂太陽能光伏電站，電能質(zhì)量問題比較集中，宜采用集成性比較高、更穩(wěn)定、智能的單一產(chǎn)品。

作者：張亮 單位：山西正和熱電工程有限公司