《光伏電站接入電網(wǎng)的諧波問題研究》12000字

光伏電站接入電網(wǎng)的諧波影響分析目錄TOC\o"1-3"\h\u216921.引言 .引言研究背景近年來，傳統(tǒng)化石能源逐漸減少，為了應(yīng)對能源緊缺挑戰(zhàn)，必須要減少對傳統(tǒng)化石能源的高度依賴，提高新能源的利用率，方法之一是用清潔能源作為能源的代替供應(yīng)，以太陽能等清潔無污染的可再生能源代替原有的化石能源[1]。各種新能源中，太陽能的利用與開發(fā)具有較為重要的意義。太陽能是一種清潔的可再生能源，并且太陽能總量巨大。太陽每年投射到地球的能量和137萬億噸標(biāo)準煤產(chǎn)生的熱量相當(dāng)，大約是一年中利用各種形式能源產(chǎn)生的所有能量總和的兩萬倍。并且太陽能遍布全世界的各個角落，能夠在不同區(qū)域進行分布式采集與利用，應(yīng)用前景廣闊。在我國，光伏發(fā)電技術(shù)也得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用。我國的光伏發(fā)電安裝年增長量常年處于世界第一，充分說明了光伏發(fā)電技術(shù)在我國越來越受到重視。據(jù)統(tǒng)計，截止到2020年年底，我國光伏裝機規(guī)模達已達到253GW。光伏電站接入電網(wǎng)的方式有集中式接入和分布式接入兩種。集中式光伏接入電網(wǎng)的規(guī)模較大，發(fā)電容量也較大，一般情況下，單個并網(wǎng)點總裝機容量通常超過6MW。集中式光伏電站接入電網(wǎng)時，往往通過站內(nèi)進行升壓后將電站接入110kV的電網(wǎng)。集中式光伏電站的優(yōu)勢在于，其并網(wǎng)功率較大，當(dāng)并網(wǎng)的集中式光伏電站發(fā)電容量較大時，能夠給系統(tǒng)的功率提供較大的支撐租用。但是，這種光伏電站提供的功率支撐具有間斷的特點，這是因為光伏電站固有的間歇性的特性，在缺少充足的光照（如夜間、陰雨天）時，光伏電站的功率支撐作用會瞬間下降甚至減少為零。分布式接入光伏電站接的優(yōu)勢在于其接入電網(wǎng)門檻相對較低，一般單個分布式光伏電站的并網(wǎng)容量低于6MW，分布式光伏電站一般接入35kV及以下的配電網(wǎng)中。由于其一般安裝在用戶旁，其產(chǎn)生的電能可以就地利用，所以應(yīng)用也較為廣泛。單個分布式光伏電站接入電網(wǎng)對電網(wǎng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量影響較小，但隨著光伏并網(wǎng)的容量增大，滲透率上升，電網(wǎng)中的潮流分布和節(jié)點電壓將會受到較為嚴重的影響而產(chǎn)生波動。配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)本身就較為復(fù)雜，使得配電網(wǎng)控制具有一定的難度。特別是在家庭分布式接入光伏后，由于其既能夠產(chǎn)生電能，又消耗電能，加上缺少能夠?qū)崿F(xiàn)的計量和控制的基本裝置，現(xiàn)行的電網(wǎng)條件下更是難以控制。目前，大型光伏電站仍是我國光伏發(fā)電的主流，分布式光伏發(fā)電新增裝機和累計裝機均占比較小。伴隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進步，學(xué)者對光伏電站系統(tǒng)的研究也日漸成熟。隨著越來越多的光伏電站接入電網(wǎng)，光伏發(fā)電的滲透率逐漸上升，電能質(zhì)量受到了嚴重影響。光伏陣列通過逆變器將產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，因此，在光伏電站并網(wǎng)后，不可避免地會產(chǎn)生諧波。當(dāng)分布式光伏電源大量接入時，電網(wǎng)中的諧波源數(shù)量顯著增加，多個諧波源共同做下，在電網(wǎng)中會產(chǎn)生較嚴重的諧波污染，很可能超出國家對于電網(wǎng)中諧波污染的相關(guān)標(biāo)準，因此還需降低電網(wǎng)諧波的總含量。諧波研究的意義諧波研究的意義，首先是因為諧波會帶來嚴重的危害。從能源利用角度來看，諧波的產(chǎn)生會增加系統(tǒng)的損耗，使得電能的生產(chǎn)、傳輸、和利用效率降低，不利于電能的合理有效利用。從設(shè)備運行安全來看，諧波也會使得部分設(shè)備發(fā)熱增加從而導(dǎo)致設(shè)備過熱，設(shè)備過熱可能會引發(fā)噪聲及振動，縮短諧波備的使用壽命。諧波產(chǎn)生的局部串并聯(lián)諧振嚴重時會燒毀電氣設(shè)備，不利于電氣設(shè)備的安全運行。從通信角度來看，電力系統(tǒng)的諧波還會對通信設(shè)備和電子設(shè)備的信號產(chǎn)生嚴重干擾，不利于信息的有效傳輸。諧波研究的意義，還在于諧波的研究能夠影響電力電子技術(shù)的發(fā)展。電力電子技術(shù)在未來電網(wǎng)發(fā)展中是一項十分重要的技術(shù)。在過去的一段時間里獲得了巨大的進步，然而，電力電子技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中時，會產(chǎn)生諧波污染，進而影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，這一問題是制約電力電子技術(shù)發(fā)展的一個重要因素。因此為了推動電力電子技術(shù)的發(fā)展，研究和分析諧波是必不可少的。諧波研究的意義，更重要的意義還在于減少污染，保護環(huán)境。對現(xiàn)代電力系統(tǒng)而言，諧波的減少意味著電能更加清潔環(huán)保，盡可能地減少電力系統(tǒng)的諧波，可以使得電力系統(tǒng)更加綠色。同時，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，越來越多的人開始提倡實施“綠色電力電子”，倡導(dǎo)通過技術(shù)創(chuàng)新，減少電力電子設(shè)備產(chǎn)生的諧波污染。對電力系統(tǒng)諧波污染的中治理也成為電工學(xué)界必須解決的問題[5]。2.基本概念2.1諧波的基本概念電力系統(tǒng)中存在非線性元件是電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波的最主要原因。對于電力諧波而言，基波是指頻率為50Hz的正弦波。與之相對應(yīng)的，電力系統(tǒng)中的諧波不是標(biāo)準的正弦波，不同諧波的頻率、幅值和相位均不相同。總體而言，諧波可以分為奇次諧波和偶次諧兩種。奇次諧波的頻率是基波的奇數(shù)倍，而偶次諧波的頻率是基波的偶數(shù)倍。電力系統(tǒng)中，這兩種諧波對電網(wǎng)的影響不一樣，絕大多數(shù)情況下，奇次諧波的危害要遠遠高于偶次諧波對電網(wǎng)的危害。因此，在對三相對稱系統(tǒng)進行諧波分析時，一般不考慮偶次諧博，而只考慮奇次諧波。廣義而言，由于電力系統(tǒng)中的電壓波形和電流波形是由工頻和其他頻率疊加而成的，因此波形含量中除工頻以外的其他頻率所對應(yīng)的成分都可以叫做諧波。根據(jù)這種廣義的諧波概念，又可以把諧波分為“間諧波”、“次諧波”、“分數(shù)諧波”等。在目前的變頻器中還存在著變頻諧波，這種諧波主要特點是圍繞在整數(shù)次諧波周圍，但是屬于非整次諧波。2.2電網(wǎng)諧波的產(chǎn)生電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生主要有三個方面的原因：一是三相繞組存在一定的不對稱性，即鐵芯不具有較好的均勻性，這樣可能使得電力系統(tǒng)在設(shè)計過程中存在一些諧波，但是這一因素產(chǎn)生的諧波是很少的；第二個原因系統(tǒng)中存在較多升降壓變壓器，這些變壓器的非線性磁化曲線，導(dǎo)致了諧波的產(chǎn)生，通過實踐測試得出這種類型的諧波主要是奇次諧波；第三個原因也是產(chǎn)生諧波最多的原因，電力系統(tǒng)中接入的非線性元件是系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的最本質(zhì)的來源[6]。當(dāng)電流流過線性負載的時候，系統(tǒng)中的電壓和電流將會呈現(xiàn)線性關(guān)系，電流與電壓一樣是正弦波，所以系統(tǒng)中不會有諧波出現(xiàn)；當(dāng)電流通過系統(tǒng)接入的非線性元件時，此時產(chǎn)生的電流與相應(yīng)元件施加的正弦電壓之間是非線性的，從而導(dǎo)致了諧波的產(chǎn)生。下面介紹一些主要的非線性負載：（1）單相電容器組的開斷大多數(shù)的電力系統(tǒng)中通常都會設(shè)置電力電子調(diào)速系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中所應(yīng)用的電力電子器件靈敏性是非常高的，尤其是對電壓的變化特別靈敏，因此如果線路中發(fā)生此現(xiàn)象將會使線路中的保護裝置誤動作。又因為與中壓母線連在一起的電容器件操作頻繁，這樣一來，發(fā)生跳閘事件的頻率就會增大。（2）電網(wǎng)中的電壓互感器為了監(jiān)視電力系統(tǒng)中對地的絕緣狀況而引入了電壓互感器。這些設(shè)備的鐵磁在發(fā)生諧振時會產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象。這種過電壓可能會使得電網(wǎng)發(fā)生故障，從而產(chǎn)生一定量的諧波。（3）電弧爐電力系統(tǒng)中在利用電弧爐對原料加熱時，不一定能保證加熱原料時是同步的均勻的，這樣就會使系統(tǒng)中的三相負荷失去平衡，從而導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。電弧爐運行的同時，由于某些原因還會使三相電源發(fā)生兩相短路，產(chǎn)生的熱量會使熔化的金屬從電源上脫落下來，當(dāng)產(chǎn)生的電弧熄滅時，導(dǎo)致了電源開路。這樣反復(fù)的開短路，將導(dǎo)致用戶端的電壓不斷波動，產(chǎn)生諧波。（4）家用電器計算機、電視機、錄像機和燈具等等，在這些家用電器中存在調(diào)壓以及整流裝置，這些裝置會給電網(wǎng)帶來較多的諧波污染，主要以奇次諧波為主。而在洗衣機、空調(diào)以及電風(fēng)扇等家用設(shè)備，這些設(shè)備并沒有產(chǎn)生諧波的調(diào)壓裝置或是整流裝置，但是它們中均含有繞組，這些繞組中存在不平衡電流，進而也會產(chǎn)生諧波電流。盡管單個這些家用電器的功率都不大，但是由于其其數(shù)量眾多，大量這類家用電器并入電網(wǎng)后會對也電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴重的諧波污染。（5）變流器變流器有兩種類型，一種是逆變器，另一種是整流器。逆變器的主要是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。而與此相反，整流器的主要功能則是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。對于電路中的其他設(shè)備，可做理想化處理，如將二極管理想化，反向接入電路時，阻抗為無窮大，而在正向接入時阻抗較小，可以看作為零。當(dāng)存在多種類型諧波源時，電網(wǎng)不確定性強，不同類型諧波源相互影響，諧波的頻譜呈現(xiàn)多樣性和相關(guān)性的特點。由于在同一網(wǎng)絡(luò)中各諧波源所產(chǎn)生諧波電流具有的相關(guān)性，因此，幅值、相位和頻率的不同的多個諧波在線路或公網(wǎng)的公共連接點處相互作用時，可能會相互減弱或者增強；當(dāng)電力系統(tǒng)中存在多個諧波源時，系統(tǒng)中的諧波幅值可能減小，可能增大，也可能抵消，嚴重時還會造成諧波放大，出現(xiàn)諧波串并聯(lián)諧振的現(xiàn)象。諧波的這種不確定性，不僅會降低電力系統(tǒng)的可靠性，還會使得電力系統(tǒng)的諧波污染情況更加復(fù)雜，對系統(tǒng)中用電設(shè)備的正常工作造成影響，嚴重時會對光伏并網(wǎng)的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠、安全運行產(chǎn)生威脅。2.3諧波的危害（1）增大電力系統(tǒng)損耗電力系統(tǒng)的中電力元件和線路的損耗大部分和系統(tǒng)中的電流有關(guān)，而諧波電流則是系統(tǒng)中額外注入的電流，這部分電流會產(chǎn)生額外的電能損耗，系統(tǒng)的傳輸效率下降。（2）降低供電可靠性電流諧波會使得電流波形變成非正弦波，使得變壓器等設(shè)備的渦流損耗以及銅損均有較為明顯的上升。這樣會在變壓器中產(chǎn)生較大噪聲，并且使得絕緣的損壞加速。不僅會使得設(shè)備的壽命縮短，供電可靠性下降，甚至還會產(chǎn)生更嚴重的后果。（3）損壞電力設(shè)備系統(tǒng)中許多設(shè)備的抗諧波干擾能力較弱，當(dāng)系統(tǒng)中的諧波含量較高時，產(chǎn)生的熱量會損壞設(shè)備。（4）引發(fā)供電事故如果電力系統(tǒng)中含有變壓器、電動機、電容器以及大量的諧波源，這些諧波源共同作用下，電網(wǎng)中可能會發(fā)生局部串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振，發(fā)生諧振時，會在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧振過電壓，導(dǎo)致電壓畸變率增大，供電效率下降，嚴重時會導(dǎo)致供電事故。（5）影響測量元件精度諧波會使得電力系統(tǒng)中許多二次設(shè)備的測量精度會受到諧波影響，導(dǎo)致測量誤差增大，這種誤差也會影響其他元件的正常工作。（6）導(dǎo)致設(shè)備無法正常運行電力系統(tǒng)中的電機會受到諧波的嚴重影響。諧波會降低電機的效率，嚴重使得會使電機發(fā)生共振，導(dǎo)致設(shè)備無法正常的運行。（7）影響通訊系統(tǒng)除了電力系統(tǒng)內(nèi)部會受到系統(tǒng)中存在的諧波影響外，系統(tǒng)周圍的信號傳輸線路也會受到諧波的干擾，這是因為諧波會使得系統(tǒng)中距離較近的信號傳輸線路和輸電線路產(chǎn)生電磁場的耦合，從而危害電力系統(tǒng)周圍的通訊系統(tǒng)，甚至還會對人身安全造成嚴重的威脅。2.4諧波的國家標(biāo)準及計算方法光伏電站并網(wǎng)容量和數(shù)量的不斷增加，光伏電站接入電網(wǎng)也會產(chǎn)生較為嚴重的諧波污染。而隨著國民經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對電網(wǎng)中諧波含量的要求越來越嚴格。實際電網(wǎng)中諧波含量如果偏離正常標(biāo)準水平過大，會給供電系統(tǒng)帶來嚴重的影響，進一步影響人們的正常生活。所以，針對光伏電站并網(wǎng)，國家出臺了相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準。在2012年，我國制定了GB/T19964-2012《光伏電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》[24]，指出光伏電站所接入公共連接點的諧波電流應(yīng)滿足GB/T14549[25]的要求，其中光伏發(fā)電站向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值應(yīng)按照光伏電站的安裝容量與公共連接點上具有諧波源的發(fā)/供電設(shè)備容量之比進行分配。在2016年，國家電網(wǎng)公司制定了Q/GDW1617《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[26]，指出電站諧波應(yīng)該滿足國標(biāo)GB/T14549的限值要求，與傳統(tǒng)的諧波源要求一致。國家電網(wǎng)公司還制定了Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[27]，指出分布式電源分布式電源所接入公共連接點的電流應(yīng)滿足GB/T14549的規(guī)定。以上有關(guān)光伏電站并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定中關(guān)于光伏電站諧波的標(biāo)準均參考了國標(biāo)GB/T14549《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》，該標(biāo)準對公用中電網(wǎng)各電壓級（380V—220kV）諧波電壓限值以及對用戶的諧波電流指標(biāo)分配作出了規(guī)定。該標(biāo)準中還包含了諧波測量儀器、方法和有關(guān)計算的一些規(guī)定。制定的諧波標(biāo)準主要包括以下三個方面的指標(biāo)：（1）諧波電壓和諧波電流畸變率；（2）諧波含量；（3）諧波電壓、電流畸變率限值和含量限值。制定諧波標(biāo)準的目的是為了能夠確保供電可靠性，維護電網(wǎng)正確可靠運行，給用戶提供滿足要求的電能，推動電力事業(yè)的發(fā)展。結(jié)合我國配電系統(tǒng)的實際情況，我國國家制定的標(biāo)準GB/T14549中規(guī)定公用配電系統(tǒng)諧波電壓允許值如表2-1所示。表2-1公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）電網(wǎng)標(biāo)稱電壓kV電壓總諧波畸變率%各次諧波電壓含有率，%奇 次偶 次0.385.04.02.064.03.21.610353.02.41.2661102.01.60.8微電網(wǎng)接入大電網(wǎng)時，接點處的諧波電流分量不應(yīng)超過表2-2的允許值。表2-2注入公共連接點的諧波電流允許值標(biāo)準電壓kV基準短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A23456789101112130.3810786239622644192116281324610043342134142411118.5167.11310100262013208.5156.46.85.19.34.37.93525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.76650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75110750129.669.646.833.22.44.323.7標(biāo)準電壓kV基準短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A1415161718192021222324250.381011129.7188.6167.88.97.1146.51261006.16.85.3104.794.34.93.97.43.66.8101003.74.13.262.85.42.62.92.34.52.14.1352502.22.51.93.61.73.21.51.81.42.7132.5665002.32.623.81.83.41.61.91.52.81.42.61107501.71.91.52.81.32.51.21.41.12.111.9注1），220kV基準短路容量取2000MVA。當(dāng)公共連接點的實際測得的短路容量與理論中的連接點處的基準短路容量時不同時，連接點的諧波電流的限值應(yīng)由下式來計算：（2-1）式中：SK1——公共連接點的最小短路容量，MVA；SK2——基準短路容量，MVA；Ihp——表2中的第h次諧波電流允許值，A；Ih——短路容量為Sk1時的第h次諧波電流允許值。在研究每次諧波含量的大小時，通常用對應(yīng)次諧波的含有率HRH來衡量；第h次諧波電壓含有率用HRUh來表示：（2-2）式中：Uh-－第h次諧波電壓（方均根值）；U1-－基波電壓（方均根值）。第h次諧波電流的含有率用HRIh來表示：（2-3）系統(tǒng)中諧波電壓的含量UH和諧波電流IH的含量分別定義為：（2-4）（2-5）總的諧波畸變率THD（TotalHarmonicDistorion）是一個非常重要的概念，在研究諧波問題時具有重要的作用。THD表示波形發(fā)生畸變的程度，具體表示為各次諧波的含有率與基波均方根值的百分比。電壓總諧波畸變率THDu和電流總諧波畸變率分別表示為：（2-6）（2-7）第h次電壓諧波含有率HRUh與第h次諧波電流分量的關(guān)系為：（2-8）近似的工程估算按式（2-9）或（2-10）計算（2-9）或（2-10）式中：UN-－電網(wǎng)的標(biāo)稱電壓，kV；Sk-－共連接點的三相短路容量，MVA；Ih-－第h次諧波電流，A；Zh-－系統(tǒng)的第h次諧波阻抗，Ω。兩個諧波源的同次諧波電流在一條線路的同一相上疊加，當(dāng)相位角已知時按式（2-11）計算（2-11）式中：Ih1-－諧波源1的第h次諧波電流，A；Ih2-－諧波源2的第h次諧波電流，A；θh-－諧波源1和諧波源2第h次諧波電流的相位角。當(dāng)相位角不確定時，可按式（2-12）進行計算（2-12）式中Kh按表2-3來取值表2-3Kh取值h35711139|>13|偶次Kh1.621.280.720.180.080兩個以上同次諧波電流疊加時，首先將兩個諧波電流疊加，然后再與第三個諧波電流疊加，以此類推。兩個及以上諧波源在同一節(jié)點同一相上引起的諧波電壓疊加的計算式與式（2-11）或（2-12）相同。在公共連接點處，第i個用戶的第h次諧波電流允許值（Ihi）按式（2-13）計算：（2-13）式中：Ih-－按式（2-1）換算的諧波電流允許值；Si-－第i個用戶的用電協(xié)議容量，MVA；St-－公共連接點的供電設(shè)備容量，MVA；α-－相位疊加系數(shù)，按表2-4取值。表2-4相位疊加系數(shù)αh35711139|>13｜偶次α1.11.21.41.81.923.光伏電站接入電網(wǎng)的諧波影響分析3.1諧波背景在節(jié)點1、節(jié)點9、節(jié)點17、節(jié)點32所接的負荷中，分別設(shè)置背景諧波源，其中節(jié)點1所接負荷采用Scrap煉鋼爐電壓源諧波，節(jié)點9負荷的諧波源模型采用實測的10kV母線電壓源背景諧波，節(jié)點17所接負荷采用日光燈諧電流源波源模型，節(jié)點32所接負荷采用某品牌空調(diào)的電流源諧波模型。各自的諧波源頻譜分別如表3-4至3-7所示：表3-4節(jié)點1負荷諧波源模型諧波次數(shù)（h）234567891011諧波電壓含有率（%）5203101.561321表3-5節(jié)點9負荷諧波源模型諧波次數(shù)（h）2345678910111213諧波電壓含有率（%）0.090.080.130.440.030.640.050.160.040.050.160.04諧波次數(shù)（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.040.030.030.100.020.080.030.030.020.110.020.11表3-6日光燈諧波源源模型諧波次數(shù)h01357911131517Ih/I14.2910013.505.141.023.913.213.622.111.55θh0.007.67-166.68186.7755.90-3.315.35-158.75182.1629.90表3-7空調(diào)諧波源模型諧波次數(shù)h35791113諧波電流含有率（%）60.1026.114.63.36.20.83.2光伏電站接入不同位置對電網(wǎng)的諧波影響分析為了研究光伏電站接入不同位置對電網(wǎng)的諧波影響，在該配電網(wǎng)中接入光伏電站，接入光伏電站的容量與方案一相同，總的并網(wǎng)容量為627kW，光伏電站采用YG公司生產(chǎn)的0.05MVA的逆變器，通過該逆變器的出廠測試參數(shù)獲得其逆變器的諧波特性，各次諧波含有率如下表所示：表3-8逆變器諧波特性諧波次數(shù)（h）2345678910111213諧波電流含有率（%）0.470.440.160.540.340.920.190.240.100.320.260.38諧波次數(shù)（h）141516171819202122232425諧波電流含有率（%）0.260.310.490.400.180.200.100.470.120.450.120.37考慮光伏電站接入電網(wǎng)后，對電網(wǎng)諧波最嚴重的情況，應(yīng)選擇將光伏電站接入含背景諧波的節(jié)點處，綜合考慮接入光伏電站的并網(wǎng)容量，分別將光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9。為了計算公共連接的最小短路容量，在ETAP5中分別在節(jié)點5處和節(jié)點9處設(shè)置三相短路。當(dāng)在節(jié)點5處發(fā)生三相短路時，仿真得到短路點的短路電流為0.771kA；計算得公共連接點的最小短路容量為13.35MVA，當(dāng)在節(jié)點9處發(fā)生三相短路時，仿真得到短路電流為0.581KA，計算得到公共連接點的最小短路容量為10.06MVA。利用式2-1和表2-2中的數(shù)據(jù)，計算得到注入公共連接點的諧波電流允許值如下表所示：表3-9光伏電站接入不同點時注入公共連接點的諧波電流允許值諧波次數(shù)2345678910111213光伏接入節(jié)點53.452.651.732.651.131.990.850.90.681.230.571.05光伏接入節(jié)點90.190.280.380.470.570.660.760.850.951.041.141.23諧波次數(shù)141516171819202122232425光伏接入節(jié)點50.490.540.420.80.370.720.350.380.310.60.280.54光伏接入節(jié)點90.350.390.30.570.270.510.250.280.220.430.20.39在ETAP中進行諧波仿真分析。當(dāng)光伏電站接入節(jié)點5時，光伏并網(wǎng)點的電壓諧波總畸變?yōu)?.52%。當(dāng)光伏電站接入節(jié)點9時，光伏并網(wǎng)點的電壓諧波電壓總畸變率為0.57%。在不同的接入位置時，光伏并網(wǎng)點的電壓波形和電壓頻譜以及各次諧波電壓含有率如下圖所示：圖3-2節(jié)點5接入627kW光伏電站后光伏并網(wǎng)點電壓波形圖3-3節(jié)點5接入627kW光伏電站后光伏并網(wǎng)點電壓頻譜圖3-4節(jié)點9接入627kW光伏電站后光伏并網(wǎng)點電壓波形圖3-5節(jié)點9接入627kW光伏電站后光伏并網(wǎng)點電壓頻譜從圖3-3、圖3-5可以看出，光伏電站接入不同位置時，光伏電站并網(wǎng)點電壓諧波次數(shù)主要是5、7、11、13及17次的奇數(shù)次諧波。各次諧波的含有率有所區(qū)別，而當(dāng)光伏電站接入節(jié)點9時，光伏接入點的諧波電壓總畸變率較高，這是由于節(jié)點9本身所接的負荷中設(shè)置了諧波源，兩種諧波的疊加使得該節(jié)點諧波電壓總畸變率較高。為了判斷光伏接入不同位置后，產(chǎn)生的諧波污染是否超出了國家標(biāo)準，將光伏并網(wǎng)點的各次諧波電壓含有率和注入公共連接點的諧波電流與國家標(biāo)準規(guī)定的限值進行比較：光伏電站接入節(jié)點5時：表3-10接入點各次諧波電壓含有率諧波次數(shù)（h）2345678910111213諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.330.000.330.030.000.020.130.000.10是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數(shù)（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.040.020.000.030.080.000.07是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格表3-11注入公共連接點的諧波電流值諧波次數(shù)2345678910111213光伏接入節(jié)5諧波電流值（A）0.10.000.60.00.50.00.00.00.20.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數(shù)141516171819202122232425光伏接入點5諧波電流值（A）0.00.00.00.10.00.00.00.00.00.10.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格光伏電站接入節(jié)點9時：表3-12接入點各次諧波電壓含有率諧波次數(shù)（h）2345678910111213續(xù)表3-12諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.320.000.350.040.000.020.120.000.19是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數(shù)（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.060.000.050.200.000.060.030.000.040.140.000.12是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格表3-13注入公共連接點的諧波電流諧波次數(shù)（h）2345678910111213光伏接入節(jié)9諧波電流值（A）0.10.00.00.20.00.30.10.00.00.00.00.2是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數(shù)141516171819202122232425光伏接入點9諧波電流值（A）0.10.00.00.20.00.10.00.00.00.10.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格由以上表中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)并網(wǎng)容量為627kW的光伏電站接入節(jié)點9和節(jié)點15時，對電網(wǎng)造成的諧波污染均符合國標(biāo)中的有關(guān)規(guī)定。仿真得到電網(wǎng)部分節(jié)點電壓諧波畸變率如下表所示：表3-14光伏接入不同節(jié)點時部分節(jié)點電壓諧波總畸變率節(jié)點PV接入節(jié)點5后THDu（%）PV接入節(jié)點9后THDu（%）140.60.66150.610.67160.650.71170.660.73續(xù)表3-10280.730.73290.830.82310.860.86320.910.91從上表所選節(jié)點中，選取電壓諧波總畸變率較高的節(jié)點32，分析光伏電站接入不同位置時，電網(wǎng)中諧波電壓的特點，該節(jié)點在光伏電站接入不同點時的諧波電壓含有率如下表所示：表3-15節(jié)點32在光伏電站接入不同點時的各次諧波電壓含有率諧波次數(shù)（h）2345678910111213光伏電站接入節(jié)點5時諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.620.000.590.030.000.020.250.000.08光伏電站接入節(jié)點9時諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.620.000.590.030.000.020.260.000.09諧波次數(shù)（h）141516171819202122232425光伏電站接入節(jié)點5時諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.030.000.010.020.080.000.06光伏電站接入節(jié)點9時諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.030.000.010.020.070.000.06從表3-15可以發(fā)現(xiàn)，光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9對節(jié)點32中各次諧波電壓的含有率影響不大，原因是兩種情況下，節(jié)點32均距離光伏電站較遠，并且節(jié)點32所接的負荷本身設(shè)置了諧波源，該諧波源對節(jié)點32電壓產(chǎn)生的諧波污染較大。從表3-10中的數(shù)據(jù)可以看出，距離系統(tǒng)母線越遠的節(jié)點處，諧波電壓總畸變率越高，這是因為距離系統(tǒng)母線越遠的節(jié)點處短路容量越小，越容易受到諧波的影響。線路末端的諧波電壓總畸變率最高，因此可以用線路末端節(jié)點的諧波電壓總畸變率來判斷該配電網(wǎng)各節(jié)點電壓的諧波含量是否符合國家標(biāo)準，10kV配電網(wǎng)電壓總畸變率國標(biāo)限值為4%，由表中數(shù)據(jù)可知，光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9后的各節(jié)點諧波電壓總畸變率均符合國家標(biāo)準。在保持光伏并網(wǎng)容量不變的條件下，除節(jié)點29外，其余節(jié)點在單個光伏電站接入節(jié)點9后的諧波電壓總畸變率均大于或等于單個光伏電站接入節(jié)點5后的諧波電壓總畸變率。即光伏電站越靠近線路末端，電網(wǎng)的各節(jié)點諧波畸變率越高。而32節(jié)點及附近節(jié)點在光伏電站接入不同位置時，諧波電壓總畸變率幾乎保持不變的原因是在節(jié)點32所接的負荷中設(shè)置了某品牌空調(diào)的電流諧波源模型，對附近的節(jié)點的電壓諧波總畸變率產(chǎn)生了影響。從降低系統(tǒng)電壓諧波總畸變率的角度考慮，單個光伏接入電網(wǎng)時，應(yīng)選擇靠近系統(tǒng)母線或者饋線中間段作為光伏接入點，而避免將光伏接入線路末端的節(jié)點處。通過以上分析可知，選擇將節(jié)點5作為光伏電站接入點，能夠滿足國家標(biāo)準GB/T14549—93《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》中對公用電網(wǎng)諧波的相關(guān)標(biāo)準，也能夠改善配電網(wǎng)的供電質(zhì)量。3.3不同容量的光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波影響分析為了研究不同并網(wǎng)容量下，光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波影響，在節(jié)點5處接入2個容量與方案一中光伏電站相同的光伏電站，即將光伏電站的并網(wǎng)容量擴大一倍，在ETAP中進行仿真，此時光伏并網(wǎng)點的電壓諧波總畸變率變?yōu)?.67%，較光伏電站并網(wǎng)容量擴大前有所上升。光伏容量擴大一倍前后光伏并網(wǎng)點各次電壓諧波含有率進行對比：圖3-6光伏并網(wǎng)容量擴大前后光伏并網(wǎng)點各次電壓諧波含有率對比由圖3-6可知，擴大節(jié)點5處的光伏電站并網(wǎng)容量后，光伏并網(wǎng)點各次電壓諧波含有率均有所上升，但主要仍以5、7、13、17次諧波為主。仿真得到電網(wǎng)部分節(jié)點電壓諧波總畸變率如下表所示：表3-16節(jié)點5接入1254kW光伏電站后部分電壓諧波總畸變率節(jié)點THDu（%）140.71150.72160.76170.78280.82290.84310.93321.02比較表3-14和表3-16中的數(shù)據(jù)，可知當(dāng)光伏接入容量越大，出力越多時，各節(jié)點電壓諧波總畸變率也就越高，即隨著滲透率的增加，電壓諧波總諧波畸變率升高。光伏并網(wǎng)容量超過一定范圍時，部分節(jié)點電壓諧波總畸變率甚至可能會超過國家相關(guān)標(biāo)準，因此須根據(jù)實際情況，合理地選擇光伏電站的并網(wǎng)容量，盡可能減少光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波污染。3.4多個光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波影響分析為了研究多個光伏電站接入對電網(wǎng)的影響，保持總的光伏電站并網(wǎng)容量與方案一一致，在方案二的基礎(chǔ)上再在電網(wǎng)中接入一個光伏電站，該電站的光伏陣列由80×25個光伏電池組成，選擇節(jié)點32作為該新增的光伏電站的并網(wǎng)點。在ETAP軟件中進行諧波仿真分析，得到節(jié)點仿真得到各個光伏并網(wǎng)點頻譜如下所示：圖3-7多個光伏電站同時接入不同點時各光伏接入點點壓頻譜由圖3-7可知，多個光伏接入不同點時，各個節(jié)點中諧波含有率較高的均為5、7、13和17次。所以，在針對光伏并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染問題采取治理措施時，重點要考慮如何降低這些奇數(shù)次諧波含量。仿真得到電網(wǎng)部分節(jié)點電壓諧波總畸變率如下表所示：表3-13各節(jié)點電壓諧波總畸變率節(jié)點THDu（%）140.57150.59160.53170.65280.62290.67300.74310.77320.82比較表3-10、表3-13中的數(shù)據(jù)，可知并網(wǎng)總?cè)萘肯嗤臈l件下，單個光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)比多個分布式光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波畸變率高。這是因為采用多個分布式光伏接入電站時，多個諧波源諧之間存在一定的相位差，相互之間抵消。因此，在并網(wǎng)容量相同時，采用多個分布式光伏的方式接入電網(wǎng)，能夠降低電網(wǎng)各節(jié)點的諧波電壓總畸變率。為了減少光伏并網(wǎng)產(chǎn)生的諧波污染，可以考慮采用多個光伏電站分散接入的方式。由前文分析可知，通過選擇合適的光伏并網(wǎng)容量及并網(wǎng)點等措施，可以減少光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波污染影響。而在實際電網(wǎng)中，隨著電網(wǎng)發(fā)展，光伏并網(wǎng)容量增加，電網(wǎng)中的諧波源類型與數(shù)量也在不斷增加，這就可能導(dǎo)致光伏電站接入后對于電網(wǎng)的影響超過了相關(guān)國家標(biāo)準。因此，建議安裝電能質(zhì)量監(jiān)測裝置對其諧波電流（電壓）進行測量，監(jiān)測其是否滿足國家標(biāo)準的相關(guān)規(guī)定REF_Ref3854\r\h[29]，如果超出標(biāo)準，應(yīng)采取相應(yīng)的治理措施。4.結(jié)論本文基于IEEE33節(jié)點標(biāo)準配電網(wǎng)網(wǎng)架，建立了電力系統(tǒng)諧波源簡單模型，對于光伏電站接入電網(wǎng)的諧波影響進行了仿真分析。得出了如下結(jié)論：光伏電站接入電網(wǎng)能夠提高電網(wǎng)的電壓水平，減少線路的損耗。但是光伏并網(wǎng)時大量電力電子設(shè)備的使用，不可避免地使得光伏電站接入對電網(wǎng)造成了諧波污染。相同容量的光伏電站接入電網(wǎng)，接入點的位置越靠近系統(tǒng)母線，各節(jié)點電壓諧波總畸變率越低；接入點的位置越靠近線路末端，電壓畸變率越高。在相同并網(wǎng)點接入不同容量的光伏電站，接入光伏電站的容量越大，有功出力越多，各節(jié)點的電壓諧波總畸變率也越高。在保持光伏并網(wǎng)的總?cè)萘坎蛔儠r，多個光伏電站分散接入不同的節(jié)點，比光伏電站集中接入單個節(jié)點造成的各節(jié)點電壓諧波總畸變率低。針對光伏電站接入電網(wǎng)引起的諧波污染問題，主要無源諧波治理方案和有源諧波治理方案，這兩種方案的綜合利用能夠有效地解決光伏電站接入電網(wǎng)后造成的諧波污染超標(biāo)的問題。光伏電站接入電網(wǎng)的諧波影響與許多其他因素有關(guān)，如太陽光照強度、光伏電池的工作溫度等，這些因素與光伏電站接入的諧波影響有待進一步研究。此外，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)中的非線性諧波源種類也會增加，光伏電站與其他諧波源的疊加作用也需要進行更加深入的研究。后記整個本科畢業(yè)設(shè)計使我感到收獲頗豐，不僅加深了我對電網(wǎng)諧波有關(guān)專業(yè)知識的理解，而且使我了解了光伏電站接入對電網(wǎng)的諧波影響，掌握了使用電力系統(tǒng)仿真軟件進行潮流、諧波分析的方法，為我以后在學(xué)習(xí)工作中處理相似的問題提供了解決的思路和方法。最后，再次感謝指導(dǎo)老師，感謝在畢業(yè)設(shè)計過程中對我的指導(dǎo)與幫助，感謝她在學(xué)術(shù)上和為人上對我人生產(chǎn)生的巨大影響，這次畢業(yè)設(shè)計的成果是對老師辛苦付出的最好回報。

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