光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電能質(zhì)量測試數(shù)據(jù)分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電能質(zhì)量測試瞄分析黃瑛;劉友仁【摘要】太陽能是可再生能源，光伏發(fā)電是太陽能發(fā)電的主流，近些年來，世界范圍內(nèi)太陽能光伏技術(shù)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快，江西省的光伏電站也在逐漸增加.厚田沙漠光伏電站是江西省內(nèi)第一個并網(wǎng)發(fā)電的光伏發(fā)電系統(tǒng)，結(jié)合厚田沙漠光伏電站的并網(wǎng)電能質(zhì)量測試，詳細介紹了開展光伏電站并網(wǎng)電能質(zhì)量測試的步驟,同時依照測試數(shù)據(jù)對光伏發(fā)電的功率變化、電壓偏差、閃變以及諧波含量等方面進行了分析，可為今后光伏電站并網(wǎng)測試提供參考，同時為深入研究光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響提供可靠依據(jù).【期刊名稱】《江西電力》【年(卷)，期】2012(036)001【總頁數(shù)】4頁(P1-3,6)【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;電能質(zhì)量;數(shù)據(jù)分析【作者】黃瑛瀏友仁【作者單位】江西省電力科學研究院，江西南昌330096;江西省電力科學研究院，江西南昌330096【正文語種】中文【中圖分類】TM7110引言太陽能是可再生能源，它資源豐富，既可免費使用，又無需開采和運輸，是清潔無污染的能源。太陽能光發(fā)電是指不通過熱過程直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能發(fā)電方式，可分為光伏發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電、光化學發(fā)電、光生物發(fā)電。其中光伏發(fā)電是太陽能光發(fā)電的主流，通常所說的太陽能光發(fā)電就指光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽能電池（光伏電池）將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。它的優(yōu)點是清潔、安全、可靠性高，故障率低，壽命長；缺點是能量分散，間歇性大，地域性強。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件、直流監(jiān)測配電箱、并網(wǎng)逆變器、計量裝置及上網(wǎng)配電系統(tǒng)組成。太陽能通過太陽能電池組件轉(zhuǎn)化為直流電力，通過直流監(jiān)測配電箱匯集至并網(wǎng)型逆變器，將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，經(jīng)過升壓（隔離）變壓器并網(wǎng)。太陽能光伏電站在江西尚處于示范工程階段，裝機峰值容量為5MW的厚田沙漠光伏電站是江西省首座并網(wǎng)發(fā)電的中型光伏電站。本文依據(jù)國家和國網(wǎng)公司標準詳述了光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量測試方法并分析了數(shù)據(jù)，有助于今后規(guī)范類似工作的開展。1并網(wǎng)電能質(zhì)量測試內(nèi)容與步驟厚田沙漠光伏電站建設(shè)在南昌市新建縣厚田鄉(xiāng)厚田沙漠風景區(qū)，裝機峰值容量為5MW，屬中型光伏電站。采用的電池類型有薄膜太陽能電池和晶體硅太陽能電池，安裝方式有地面固定式安裝（包括薄膜固定式、多晶硅固定式）、單軸跟蹤、雙軸跟蹤、建筑一體化方式（光電幕墻、BAPV屋頂）。整個光伏發(fā)電場布置5個光伏逆變室，通過5臺升壓變壓器將光伏逆變室輸出的400V交流電升壓至35kV，由5回進線經(jīng)過斷路器接至35kV母線（單母線接線方式），匯流后由1回35kV出線接入110kV流湖變的35kV母線，線路長度約10km。依照國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW618-2011《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》的要求，對于大中型光伏電站接入電網(wǎng)的測試內(nèi)容至少應(yīng)包括電能質(zhì)量測試、功率特性測試、電壓/頻率異常的響應(yīng)特性測試、低電壓穿越能力測試、防孤島保護特性測試、通過用性能測試等。厚田沙漠光伏電站，接入電壓等級為35kV的電網(wǎng)，屬于中型光伏電站，現(xiàn)就其并網(wǎng)時開展的電能質(zhì)量測試進行詳細說明。1.1背景電能質(zhì)量測試在進行光伏電站并網(wǎng)電能質(zhì)量測試前，要保證電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量指標滿足GB/T12325-2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》、GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》、GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》、GB/T15945-2008《電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》、GB12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》、GB/T24337-2009《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》的要求。厚田沙漠光伏電站接入110kV流湖變電站35kV母線如圖1所示，在光伏電站并網(wǎng)前，背景測試點選擇了110kV流湖變電站110kV及35kV母線。試驗結(jié)果表明110kV母線諧波電壓總畸變率為0.51%，三相電壓不平衡度0.2%，閃變0.17；35kV母線諧波電壓總畸變率為0.97%，三相電壓不平衡度0.7%，閃變0.2，滿足各項國標要求。圖1流湖變電站接線1.2電能質(zhì)量測試裝置進行并網(wǎng)測試的電能質(zhì)量測試裝置，需要滿足《GB19862-2005電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》、《DL/T1028-2006電能質(zhì)量測試分析儀檢定規(guī)程》的技術(shù)要求，并符合IEC61000-4-30-2003ClassA測試精度的要求。此次測試采用的設(shè)備是FLUCK1760。1.3電能質(zhì)量測試方法圖2電能質(zhì)量測試方法示意電能質(zhì)量測試方法如圖2所示，并網(wǎng)測試點應(yīng)設(shè)在光伏電站并網(wǎng)點和公共連接點處，對于厚田沙漠光伏電站，由于只通過唯一的一條的35kV出線與電網(wǎng)連接，所以測試點選擇在35kV出線處。采用電能質(zhì)量測試裝置測試并網(wǎng)點的電能質(zhì)量參數(shù)，在系統(tǒng)正常運行方式下，測試時長為2011年7月29日一整天，滿足測試一個完整的輻射周期的要求。測試采用連續(xù)測試方式，每次測量時間間隔1min，實測值取95%概率大值。2測試數(shù)據(jù)分析2.1諧波分析厚田光伏電站容量較小，發(fā)電時不能調(diào)節(jié)無功，受系統(tǒng)電壓的影響，基波電壓平穩(wěn)，沒有明顯變化，而基波電流隨著光照強度的增強而變大，在正午時分達到最大值?；妷号c基波電流日趨勢如圖3所示。圖3基波電壓與基波電流日趨勢圖光伏電站中的并網(wǎng)逆變器將直流電能轉(zhuǎn)變成交流電的過程，會向電網(wǎng)注入大量諧波。光伏電站并網(wǎng)后諧波含量是否合格是由并網(wǎng)接入點的短路容量、光伏電站的裝機容量以及逆變器注入電網(wǎng)的諧波電流大小決定的。光伏電站的諧波含量應(yīng)控制在《GB14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的允許值的范圍內(nèi)，35kV母線電壓總諧波畸變率不超過3%，各奇次諧波含有率不超過2.4%，各偶次諧波含有率不超過1.2%。否則應(yīng)配備相應(yīng)的濾波裝置，從而避免對公用電網(wǎng)造成諧波污染。厚田沙漠光伏電站并網(wǎng)后的諧波數(shù)據(jù)如表1、2所示。在測試的一天時間內(nèi)，選取了10:00-14:00光照強度最強時與15:00-17:00光照強度較弱時的諧波進行對比，從表1可以看出，各次諧波電壓值都較小，沒有超出國標規(guī)定的限值。表1光伏電站并網(wǎng)后35kV線諧波電壓含有率諧波次數(shù)THD23579111315光照強度最強0.89%0.03%0.27%0.76%0.15%0.04%0.22%0.26%0.07%光照強度較弱0.89%0.02%0.22%0.76%0.09%0.03%0.21%0.23%0.05%國標限值3.0%1.2%2.4%2.4%2.4%2.4%2.4%2.4%2.4%表2光伏電站并網(wǎng)后35kV出線諧波電流A光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點的總諧波電流分量應(yīng)滿足GB/T14549-1993《電能質(zhì)量?公用電網(wǎng)諧波》的要求，其向電網(wǎng)注入的諧波允許值應(yīng)按照光伏電站安裝容量與其公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配。對于相稱電壓35kV按基準短路容量250MVA計算的各次諧波電流允許值如表3所示。表3注入公共連接點的諧波電流允許值IhA諧波次數(shù)Ih235791113151512128.84.15.64.72.5根據(jù)用電容量分配諧波指標的原則，當公共連接點的正常最小短容量S實際不同于基準短路容量S基準時，某個用戶的各次諧波電流允許值按式（1）確定：式（1）中：S實際——公共連接點的正常最小短路容量；S基準——基準短路容量；S用戶協(xié)議——用戶的用電協(xié)議容量；S供電容量——公共連接點的供電設(shè)備容量；a——相位系數(shù)值，見表4；Ih——注入公共連接點的諧波電流允許值；Ihi第i次諧波電流允許值；表4相位系數(shù)值諧波次數(shù)35711139,>13a1.11.21.41.81.92流湖變電站供電容量為16MVA，光伏電站用戶協(xié)議容量為5MVA，流湖變電站35kV母線的最小短路容量實際為140.54MVA，按表3設(shè)定的35kV的基準短路容量250MVA折算，按表4取各次諧波的相位系數(shù)值，計算出光伏電站35kV出線諧波電流限值如表5所示。對比表2、5,可以看出各次諧波電流均在限值內(nèi)，滿足GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的要求。表5光伏電站35kV出線諧波電流限值A(chǔ)諧波次數(shù)23579諧波電流限值4.712.342.562.161.29111.6513151.430.792.2電壓偏差分析光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點的電壓偏差應(yīng)滿足《GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》的要求，35kV及以上公共連接點電壓正負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%。厚田光伏電站實際輸出的日最大交流功率為3.5MW，光伏電站并網(wǎng)后，流湖變電站的35kV母線電壓偏差約為額定的7.2%，在允許范圍內(nèi)。2.3閃變分析光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點的電壓閃變應(yīng)滿足《GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變》的要求，長時閃變每次的測量周期取2h，對于35kV出線，長時間閃變測試值為0.11，滿足國標的要求。2.4電壓不平衡度分析光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點的電壓不平衡度應(yīng)不超過《GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡》的要求，厚田光伏電站35kV出線三相電壓不平衡度測試值為0.2，滿足公共連接點負序電壓不平衡度小于2%的要求。2.5功率分析光伏發(fā)電受日夜季候的影響，造成輸出功率隨機波動性較強，發(fā)電穩(wěn)定性較差。光伏電站輸出功率隨著太陽輻射量、太陽能電池組件的傾斜角度及組件效率、溫度特性、灰塵損失、最大輸出功率跟蹤（MPPT）、線路損失、控制器及逆變器效率、蓄電池效率等因素的變化而變化。厚田沙漠光伏電站一天的功率運行曲線如圖4,測試期間溫度371,天氣晴熱，最大光照度約200LUX，風向124.78°。從功率曲線可以看出，發(fā)電功率隨日照強度的變化，晴天時大致上呈單峰曲線的形狀，功率峰值一般在時間10:00-14:00間。晴熱天氣發(fā)電功率波動不大，在夜晚沒有光亮時，輸出功率基本為0。厚田光伏電站輸出為純有功功率，功率因素為1,不具備功率調(diào)節(jié)能力。圖4發(fā)電功率日趨勢曲線3結(jié)論厚田光伏電站只能輸出有功功率，功率變化受光照強度的變化在一天中顯示出單峰曲線的特性。受系統(tǒng)電壓的影響，電站輸出電壓平穩(wěn)，沒有明顯變化，而電流隨著光照強度的增強而變大，在正午時分達到最大值。因電站容量較小，對系統(tǒng)注入的諧波含量較小，三相電壓不平衡度及閃變也在國標允許的范圍內(nèi)。發(fā)電系統(tǒng)的運行投入未對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成不良影響。在能源形勢日益嚴峻的今天，光伏發(fā)電作為可再生能源的作用與應(yīng)用前景正得到社會的普遍認同，推動光伏發(fā)電的發(fā)展也更具有現(xiàn)實意義。但是光伏發(fā)電也會給電網(wǎng)電能質(zhì)量帶來一些問題，如輸出功率快速隨機波動、對電網(wǎng)注入諧波等。為了解決這些問題，可以通過增加電網(wǎng)內(nèi)常規(guī)發(fā)電機組的旋轉(zhuǎn)備用容量進行功率調(diào)整補償；采用高性能的電力電子裝置，通過提高裝置自身的功率因數(shù)、減少諧波發(fā)生量，或在光伏電站安裝電能質(zhì)量治理裝置等方法來減緩對電網(wǎng)的影響。光伏發(fā)電作為常規(guī)能源的補充，從環(huán)境保護及能源戰(zhàn)略上都具有重大