摘要：本文从光伏系统接入对电网的影响进行研究，分析了光伏系统在接入后对电网安全、稳定产生的影响，并提出相应的控制策略，以达到促进光伏业与电网系统稳定发展的目的。
关键词：光伏并网；发电系统；电网；影响；谐波
1 引言
光伏发电符合国家能源产业政策，对优化产业结构、推进节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。将光伏系统生产的电能接入电网，极大扩展了光伏发电的使用范围、提高了灵活性，且能对公共电网能起到调峰作用，有利于改善电力系统的负荷平衡；但因光伏发电生产的电力采用了特殊的方式接入公共电网，在接入电网过程中会产生一系列的问题，需要深入研究。因此，对当前迅速发展的光伏系统对电网产生的影响进行研究，以促进光伏发电技术的提升。
2光伏系统接入对配网终端的影响
2.1谐波
在供电系统中，谐波是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解后，除了得到与电网基波频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分分量就称为谐波。
2.1.1光伏系统谐波的来源
在光伏系统中，产生谐波的主要设备是并网逆变器。并网逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过采用高频脉宽调制（SPWM），使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波列（拟正弦波）；让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波，但波形中是含有谐波。
2.1.2谐波对电网及光伏系统的影响
1）谐波引起电网设备的附加损耗，降低效率；
2）加速电网绝缘老化，很大缩短设备寿命；
3）可能产生电网局部的串联或并联谐振，并放大谐波水平；
4）谐波电流会引起电网电压畸变，影响电能质量，还会造成电力系统继电保护、自动装置误动作，影响电力系统安全运行。
2.1.3 谐波抑制策略
为了保证电力系统的电能质量，要对光伏电源的谐波发生量进行限制。抑制谐波电流主要有两种思路：一是抑制谐波源的谐波电流发生量，一是在谐波源附近将谐波电流就地吸收或抵消。
1）适当提高载波频率
对于通过电力电子逆变器并网的光伏系统，脉宽调制采用更高的载波频率，以减少低次谐波的发生量。但随着载波频率的提高，会增加功率元件的开关次数和开关损耗，对功率元件和控制电路的要求更高，且逆变器的整体效率降低。
2）注入适当的谐波
注入适当的3次谐波分量，有时可以使PWM的性能得以提高。在正弦函数中注人一定的3次谐波以后，其调制函数可表示为
式中，M为调制比；k∈[0.1]为注入的3次谐波分量的比例系数。
要提高电压利用率，使逆变器的输出电压和谐波特性达到一定的要求，只需要为k选取一合理的值即可。
3）减少光伏系统的谐波输出
如果光伏系统输入到电网的电流中含有较多的谐波分量，则采用电力滤波器就地吸收谐波源所产生的谐波电流，是抑制谐波污染的有效措施。
4）并网逆变器兼起补偿作用
现在的并网逆变器大都采用PWM技术，可以向电网提供正弦波形的、功率因数为1.0的绿色电能。
考虑到并网逆变器与电压型APF在结构和控制方法上有很多相似之处，可以通过适当的控制策略，使并网逆变器在向电网输送能源的同时，还实现APF的功能，即同时向电网提供所需要的谐波电流和无功功率。这样既可以充分利用逆变器的冗余容量，又可以实现谐波和无功功率的就近补偿。
5）合理接地
一旦谐波源产生了谐波，除了采用滤波器进行吸收以外，并网逆变器和升压变压器的接地安排，也可以在限制谐波电流方面起到很大的作用。
2.2 配网电压升高
我国电力系统配置为由高压到低压的单向输配电系统，不允许逆潮流，通常高压/中压（HV/MV）变压器带有自动调压抽头，可以实现带载调压；而中压/低压（MV/LV）变压器通常不带有自动调压抽头，不具备带载调压能力。同时，为了系统安全考虑，电网公司通常要求光伏发电系统通过隔离升压变压器接入低压或中压配电网实现并网运行。电力系统功率传输及光伏发电系统并网运行简图如下图所示。
对上图进行简化，对接入中压/低压配电网的光伏发电系统，可以得到光伏发电系统并网运行的戴维南等效电路如下图所示。
通过计算得出，由于线路阻抗的存在，配电系统中有功功率与无功功率在配电线路中传输会引起配电系统PCC（公共接点）电压的变化。当光伏发电系统造成配电系统逆潮流时，将导致PCC出现电压升高。
2.2.1 光伏系统接入对配网电压的影响
综上所述，PCC（公共接点）电压升高会引起如下问题：
1）使输配电线路和变压器等设备过载，加快老化，减少使用寿命；
2）使输配电线路和变压器等设备或系统损耗增大，降低系统传输效率；
3）使负载供电电压过高，供电可靠性降低，影响设备正常工作，甚至造成设备损坏；
4）限制光伏电源接入电网容量，影响光伏发电的发展。
2.2.2 电压控制策略
通过上述分析可知，必须要对电压升高进行控制，如果能改变线路参数或者控制线路的有功和无功功率，就可以控制PCC的电压。
针对光伏发电的大规模应用及自身特点，可采用的电压调整策略，如改善电网参数、配置储能装置、控制光伏发电系统有功及无功功率输出、传统电力系统的升级改造等。
1）改善电网参数
因传统电网规划建设在先，尚未考虑新能源的大规模应用对输配电特性的影响，使得传统电网结构不能满足现阶段大规模光伏电源并网的需求，为了在满足PCC电压偏差限制要求的前提下提高光伏电源的发展，最基础的做法便是加强现有电网输配电线路及设备。
2）配置储能装置
电网规范要求光伏电站具有电源特性，参与系统调度，这就要求配置一定容量的储能装置，不仅可以改善系统电能质量，满足系统调度要求，同时在PCC电压升高时，可以将光伏发电的部分电能储存在储能装置中，抑制PCC电压升高，此种方式符合光伏发电系统的发展需求，但前期投资较大，目前不能规模化应用；抽水蓄能电站是比较理想的一种策咯。
3）控制光伏发电系统有功/无功功率
通过控制光伏系统有功及无功功率来调整PCC电压升高的方式主要包括有功功率限制策略无功功率吸收策咯及有功功率限制与无功功率吸收联合控制策咯。光伏电站系统通过配置的SVG设备来调节光伏发电系统的有功/无功功率控制，满足电网接入要求。
4）传统电力系统的升级改造
传统的电力系统从发电、输电、变电、配电到用电是一个链式存在，影响了新能源的发展；建设智能电网，加强电网的健壮性，消纳新能源发电，提高绿色电力的占比率。
结语
光伏发电的迅速发展，加大了绿色电力的占比，为低碳经济做贡献；为了更好地促进光伏发电的有效运行和生产，对其接入电网系统产生的影响进行研究分析，为相关专家和学者进一步研究消除这些影响提供参考，也为更好地利用太阳能作出一定的贡献。
参考文献：
[1] 黄欣科，王环，等.光伏发电系统并网运行并网点电压升高调整研究
[2] 光伏亿家.太阳能光伏电站并网条件、调控特性及其对电网的影响
[3] 北极星输配电网.分布式电源并网的谐波问题分析
论文作者:刘德文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/13
标签：谐波论文; 电网论文; 光伏论文; 系统论文; 电压论文; 功率论文; 逆变器论文; 《电力设备》2018年第3期论文;