（国网河南省电力公司济源供电公司 济源 459000）
Impact of Distributed Photovoltaic Generation on Power Quality in Jiyuan Distribution Network and Research on Countermeasures
HUO Mingxia，QI Wenyan，MIAO Xinjun，BAO Dudu，LI Jie
(State Grid Jiyuan Power Supply Company. Jiyuan 459000, China）
摘要：随着光伏渗透率的逐年增加，其接入对电能质量的影响日益显现。本文通过建立光伏电池、MPPT、DC/DC和逆变器等并网光伏发电系统数学模型，并基于Matlab/Simulink平台搭建了含分布式光伏发电的配电网仿真模型。分析了光伏发电系统接入济源地区配电网对电能质量的影响，并提出采用多功能在线监测装置改善电能质量。
关键词：光伏发电系统；配电网；电能质量；监测装置
ABSTRACT: With the increasing of the photovoltaic permeability, the influence of the connected PV on the power quality becomes more and more obvious. In this paper, the mathematical model of grid-connected photovoltaic power generation system is established by using photovoltaic cells, MPPT, DC/DC converters and inverters. Based on the Matlab/Simulink platform, the distribution network simulation model is built. The influence of photovoltaic power generation system on the power quality of Jiyuan distribution network is analyzed and a method of power quality improvement by Multi-function monitoring device online is presented.
KEY WORDS: photovoltaic power generation system；distribution network；power quality；monitoring device
1引言
近年来，光伏发电因具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点被广泛重视[1]。随着光伏渗透率的增加，其接入对配电网电能质量的影响不容忽视。
光伏发电系统（PV）输出功率受天气因素影响，且必须采用的接口吸收配电网功率，影响了电压的稳定性[2]；PV的输出经过逆变器等电力电子器件与配电网并联或者供给交流负荷，可能注入直流分量，对电磁使用设备造成危害；经变流器接入电网易产生谐波污染，影响用户的电能质量[3]。文献[4]讨论了在不同渗透率情况下，并网光伏发电系统接入配电网前后对电压的影响和原因。文献[5]建立了光伏集中并网后引起并网点电压偏差的数学模型。文献[6]提出利用特殊功能的电力电子器件可以改善有PV接入时，配电网的电压暂降、谐波失真、暂态现象等问题。文献[7，8]提出，将光伏发电系统与储能元件配合，来削弱给配电网带来的频率影响。
因此，随着接入光伏发电系统容量和位置的增加，光伏并网对济源地区配电网电能质量的影响及对策研究十分必要。
2 数学模型及控制策略
并网光伏发电系统结构图如图1所示。
3.4 仿真结果分析
光伏发电系统接入使配电网电压总体提升，对本馈线的影响大于同一母线上的其他馈线；接入位置越靠近馈线末端、PV容量越大即光伏渗透率越高，其对电网电压的提升作用越明显，谐波含量也越多。
4 光伏接入配电网电能质量问题对策研究
在国内外针对PV接入配电网造成电能质量问题的改善研究主要集中于两方面：电能质量监测设备和并网光伏发电系统的完善。
4.1 电能质量监测设备
在电能质量监测仪器和设备的研制及系统的构建研究中，国际上越来越多的采用先进的软、硬件技术，网络技术以及各种数学方法，在线式的监测设备为电能质量的深入分析、时间统计、长期评估和预测提供便利[17,18]。然而存在一些缺点：实时性不高或需要专用网络传送数据；为了提高运算速度，导致精度下降；设备功能单一、适用范围小等。本文提出采用集谐波分析、波形采样、电压暂升/暂降记录、闪变监测、电压不平衡度测量、波形的瞬态捕捉、事件记录、测量控制等多功能为一体的电能质量在线监测装置，及时反映配电网各电气量。
4.2 并网光伏发电系统完善
在有源滤波器中加入相应的算法就能达到改善电能质量的效果，既节约了新增滤波器的成本，又充分利用了平时闲置的逆变器容量，受到广泛关注。
对于抑制谐波，主要分为改善谐波源和加装滤波装置两类，本文提出将二者结合，采用带有有源滤波功能的PV系统应用于济源地区[19]。
对于电压偏差问题，要根据济源地区配电网中接入PV的具体情况，主要的方法有:调节变压器分接头，济源地区全部采用有载调压变压器进行调压；改变光伏接入位置。由仿真结果分析可得，济源地区接入PV时，要避免接入馈线末端，即接入馈线的首端或者中部。
5 结论
光伏发电系统的迅猛发展对社会经济和自然环境带来了积极作用，但光伏出力的随机性和波动性也给电网带来了一定挑战。本文基于济源地区实际配电网模型，研究了并网光伏发电系统的构成及其接入对配电网电能质量的影响，并针对电压偏差和谐波问题提出解决策略，从管理和新能源并网技术完善两方面做出总结：一方面，PV并网的容量、电压等级和位置要严格按照国家标准，且随着光伏渗透率的增大，电能质量各项标准需要进一步完善。另一方面，随着光伏渗透率的增大以及济源地区负荷日益复杂，单一的电能质量改善策略只能解决一种问题。除采取上文提到的措施外，如何通过并网技术的改善，能够综合解决PV并网更多的问题成为专家学者共同追逐的目标。UPQC（Unified Power Quality Conditioner）的出现，解决了电压波动、谐波和无功电流的问题。因此，本文建议济源地区接入PV系统的同时，安装多功能一体电能质量在线监测装置，配合UPQC直接补偿法，改善电能质量。
参考文献：
[1]谷彩连.分布式电源并网对配电系统的影响研究[J].电气开关,2014,52(1):51-58.
[2]杜鹏.分布式电源并网对配电系统的影响研究[J].科技创新导报,2015,12(11):239.
[3]刘玉满.分布式发电接入及其对电网影响分析[J].科技创新导报,2015,12(12):245.
[4]许晓艳,黄越辉,刘纯,王伟胜.分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案[J].电网技术,2010,34(10):140-146.
[5]Italy,V.Adaptive Islanded Configuration for Quality Improvement in Power Delivery Systems with Distributed Generation[J].Roberto Caldon Department of Electrical Engineering,University of Padova,2004.
[6]Renders,B.Profits of Power-quality Improvement by Residential Distributed Generation[D].UPEC,2007.
[7]康龙云.分布式电源及其接入电力系统时若干研究课题综述[J].电网技术，2010,34(11):1000-3673.
[8]Kazuto YUKITA.A Study of Electric Power Quality :Using Storage System in Distributed Generation[D]. Department of Electrical Engineering.Aichi Institute of Technology. Toyota,JAPAN,2007.
[9]刘兴杰,郭栋.光伏发电系统等效简化模型分析[J].太阳能学报,2016,37(3):759-764.
[10]周昶.光伏电池阵列模拟电源的研究与设计[D].复旦大学,2010.
[11]刘翼,荆龙,童亦斌.基于Simulink的光伏电池组件建模和MPPT仿真研究[J].科技导报,2010,28(18):94-97.
[12]王厦楠.独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D].南京航空航天大学,2008.
[13]陈亚爱,周京华,李津,周玲玲.梯度式变步长MPPT算法在光伏系统中的应用[J].中国电机工程学报,2014,34(19):3156-3161.
[14]汪义旺,曹丰文,张波等.光伏发电系统最大功率点快速跟踪控制研究[J].电力电子技术,2010,44(10):14-16.
[15]杨永恒,周克亮.光伏电池建模及MPPT控制策略[J].电工技术学报,2011,26(S1):229-234.
[16]吴俊娟,姜一达,王强,孙孝峰.一种改进的光伏系统MPPT控制算法[J].太阳能学报,2012,33(3):478-484.
[17]唐琦.电能质量检测系统的设计与实现[D].厦门大学,2008.
[18]姜中华.配电网电能质量实时监测与管理系统及治理措施研究[D].湖南大学,2010.
[19]王军.带分布式发电的配电网谐波研究王军[J].中国科学院研究院,2006.
论文作者:霍明霞,齐文炎,苗新军,鲍都都,李杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
标签：光伏论文; 电能论文; 济源论文; 系统论文; 质量论文; 配电网论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第22期论文;