摘要：随着全球工业化进程的逐步展开，世界各国对能源的需求急剧膨胀，全球将面临能源危机。同时，大量化石能源的使用对生态环境也造成了严重的破坏。我国作为一个发展中国家，经济发展速度快，能源又严重紧缺，开发利用可再生能源己成为当今函待解决的问题。现在，光伏发电项目正逐步增多，但由于光伏电站的发电原理、设备和常规的火电站、水电站有很大的区别。无论从并网技术要满足的技术条件、指标要求，以及对电网安全稳定运行的要求来看，以许多供电企业目前掌握的知识来看，尚不能完全满足此类新技术的应用。
关键词：光伏发电；接入系统；系统研究
引言
我国目前的能源利用面临着传统能源总量不高且耗增长过快，对外依存度较高；清洁能源应用不足，空气、水、土壤等生态污染，气候变暖等等问题突出。这些问题不能有效解决，将严重影响人们的正常生活，制约全国经济的快速发展。而要破解上述问题，就迫切需要大范围推广使用绿色环保且可持续使用的新型能源。光伏发电产业作为具备巨大发展潜力的“新兴朝阳产业”，政策支持力度大，自身产业链条长，周边产业带动能力强，和其他新兴产业类似，具备爆发式、大规模发展的外部环境支持和内部发展原动力。
1接入方案分析
太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电装置组成其结构框如图1所示。
图1：光伏发电系统
它与水电、火电系统有着较大的区别，一方面，太阳能光伏发电系统是将太阳能转换为电能，光电场的特性影响着光伏发电系统的输出功率，而光伏电场具有强烈的随机性；同时光电场输出的功率受光强、空气云彩流动、并网逆变器控制等影响，难以预测和控制，导致输出功率容易出现波动，不仅影响并网逆变器的稳定性运行，同时会影响变电站的可靠运行。据研究，光伏发电的随机性变化对电网系统的影响主要体现在：光伏发电输出功率变化最主要影响因素是气候，它是以年、月、日、时为周期变化，其频谱分布非常广，低频的以月甚至以年变化，这些低频对系统稳定性运行基本影响极小，可以不予考虑。但空气流动导致云彩运动，其波动周期一般在毫秒级到分钟级，对应于光电场输出功率存在着频率为O.O1Hz^-1Hz左右的波动，正好处在能够产生电压闪变的范围之内（低于25Hz，会引起的电网电压波动和闪变。另一方面，太阳能通过光伏电池转换为电能后是直流电能，而我国电网主要为交流电网，无法直接接入到电网，必须通过并网逆变器等电力电子装置并网，由于在光伏发电站中包涵有多种电力电子装置，会有大量的高频谐波注入系统，这些谐波会使电网的电压和电流波形发生畸变，影响电网电压的稳定。同时并网逆变器一般控制输出为纯有功输出，光伏电站并网时，要考虑本地负载所产生的无功问题，在一定情况下需要配备无功补偿装置实现无功平衡。针对这些问题的解决方案如下：
1.1系统电压波动问题
由于光伏电站的发电原理是通过光伏阵列将太阳光能转换为直流电能，再通过光伏并网逆变器将直流电转换为符合电网要求的交流电，输送入电网。它的能量来源是太阳光能，是一种与气候环境紧密关联的一种电能，是由大自然而不是我们人类所能直接控制的能源，由于目前光伏电池价格比较高，因此一般情况下光伏发电系统希望尽可能将光伏阵列转换出的电能输送至电网，从而获得较低成本的电能。基于这个因素考虑，光伏并网逆变器均具有最大功率点跟踪（MPPT）功能，其输出功率不是可控的、平稳的，它是随机的、频谱相对也比较复杂，因此光伏并网发电站应用的设备和管理方式与常规的火电站、水电站有很大的区别。对于小功率光伏电站并入电网，由于其输出功率远小于变电站容量，这些随机功率的输入对电网没有明显影响，但随着光伏电站的功率的增加，和光伏发电站的容量比例的增加，光伏电站的输入电网能量的随机性将不能忽略。同时光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照以后，输出功率基本为零。因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素变化而变化，输出功率极不稳定。计算考虑最严重情况下，即发电装置突然切机对系统接入点电压造成的影响，根据GB/T12325-2003《电能质量一供电电压允许偏差》，lOkV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的士7%。按此标准来校核该光伏发电系统突然切机对电网系统电压影响如下。该光伏发电系统实际输出最大交流功率（一、二期）约6000kW（暂考虑1回线并网），经计算线路投切所引起的系统电压波动小于1%，满足相关规程要求。
1.2谐波问题
根据接入系统设计方案，光伏电站将由新出lOkV专线并入110kV变电所。由于变电所地处经济开发区，周边有大量铸钢大用户，部分铸钢用户由单条专线并入110kV变电所，由于大量铸钢大用户中频炉等大型谐波源设备的大量存在，使变电所整体谐波超标。我们近年来采取了多项谐波管控措施，对铸钢用户谐波进行治理，取得了一定的成效；但由于谐波源用户数量众多，110kV变电所仍是电网谐波较为严重的变电所之一。同时，光伏发电系统将太阳能转化为直流电能，直流电能在转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并入电网过程中会产生大量谐波。考虑110kV本身谐波较为严重，该光伏电站接入电网后，其产生谐波会进一步加重该局部电网的谐波不合格率，影响电网稳定性，具体叠加效应对电网产生的影响需要针对所有并入电网的光伏逆变器的性能指标进行预估判断，或在电站接入电网后针对谐波问题研究解决方案。由于有较大容量的非线性负荷存在，应依照GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的要求，重点对谐波水平进行专题评估后采取相应的措施。根据前面测算，采用10千伏专线并网方式，在渔桥变负荷在90%下，光伏电站满载接入并网的情况下，变电站谐波电压总畸变率不高于4%，符合电能质量要求。
1.3无功平衡问题
光伏电站所输出电能是通过并网变流器输入至电网，一般变流器控制设置输出电能功率因数近似于1，基本上为纯有功输出。按照无功补偿分层分区和就地平衡的原则，光伏电站需配置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求，提高电压质量，降低线路线损。光伏发电场无功补偿的配置，应保证高压侧母线功率因数不低于0.95的要求，并能根据电网要求具有灵活投切的功能。因项目一期装机容量较小，对系统无功和电压的影响很小，因此暂不需要考虑无功平衡的问题。
2调度自动化系统设计
光伏电站的的调度需要配置相应的自动监控和信息采集装置，包括：
2.1自动化装置配置
采用分布式的微机监控系统，实现光伏发电站运行工况监视、控制。系统要求应具备多个通信口，实现其他站内智能装置通信以及远方调度通信。
2.2信号采集
主要包括lOkV母线的电能参数的检测和运行状态、保护信号环境等数据的采集和通信：
遥测量
（a）1OkV线路、发电机二侧P，Q，I；
（b）1OkV母线相、线电压，所用电、直流等电压。
遥信量
lOkV线路、发电机开关合、分信号（双态）、低周解列及低电压解列保护信号及其他状态量、保护信号。气象环境参数：光伏发电站向电力系统调度部门提供气象环境参数，包括太阳板倾斜面辐照度、温度。
结语
随着大型光伏电站数量和容量的增加，其接入电网方案对电网的稳定性运行和电站安全、可靠、稳定运行越来越重要。文章分析了接入方案，为后续的光伏电站建设提供了借鉴和设计基础，对光伏产业的发展具有较强的实际推动作用和应用价值。
参考文献：
［1］孟懿．太阳能光伏发电的发展［J］．东北电力技术，2010，31（11）：19－21．
［2］赵璐，张立颖，李天立，等．光伏并网发电系统逆变器的研究［J］．东北电力技术，2014，35（12）：20－23．
论文作者:陈虹元
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：光伏论文; 电网论文; 谐波论文; 电能论文; 电站论文; 电压论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第16期论文;