分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題

建筑電氣ExistingProblemsdurinLIYingziSchoolofInformationandElectricalEngineeringofBofCivilEngineeringandAbstractBuildingintegraofexistenceofdistributedPVpowerplant.DistributedpowergridfromtheprevactivepowergridBecauseoftheioftheconnectedpowergridtovarproblemsduringtheoperationconnectedsystembasedontTypicalDesignofDistributedGen配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、潮流分布、短路電流、保護(hù)協(xié)質(zhì)量；潮流計(jì)算；短路電流；保護(hù)裝置；孤島效應(yīng)；根據(jù)國(guó)家能源局最新公布數(shù)據(jù)，2013年光伏電站新增裝機(jī)容量12.1GW,分布式光伏新增裝機(jī)容量0.8GW。截至2013年底，全國(guó)累計(jì)并網(wǎng)運(yùn)行光伏發(fā)電裝機(jī)容量19.42GW,其中光伏電站16.32GW,分布式光伏3.1GW。2014年規(guī)劃的14GW光伏電站裝現(xiàn)場(chǎng)考察不足、有關(guān)數(shù)據(jù)資料收集整理不夠等原因，環(huán)境條件評(píng)估不足，如陰影、氣候條件、酸堿環(huán)境當(dāng)(包括材料防腐、支架強(qiáng)度)、標(biāo)示不清等問題。 750http://www.jzdqneten6相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%;220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%、-10%。FigInfluenceofsinglepoin圖1中，光伏在線路末端單點(diǎn)接入，△U=(PR統(tǒng)無(wú)功功率對(duì)電壓穩(wěn)定影響大；在低電壓系統(tǒng)中，央主控和逆變器無(wú)功控制補(bǔ)償結(jié)合的方法穩(wěn)定電b.電壓偏低時(shí)，采用容性無(wú)功補(bǔ)償，如電容因數(shù)在超前0.98至滯后0.98范圍內(nèi)；10kV電壓等光伏并網(wǎng)電壓波動(dòng)的頻度可以按照1<r≤10(即每小時(shí)變動(dòng)的次數(shù)在10次以內(nèi))考慮，光伏系短時(shí)間內(nèi)驟降，最大可達(dá)到在1～2s內(nèi)下降30%。超過2%,短時(shí)不得超過4%;其中由光伏系統(tǒng)引起的負(fù)序電壓不平衡度應(yīng)不超過1.3%,短時(shí)不超過jzdq 2014年第11期ELECTRICITYa.采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)的光伏電源逆變器b.在變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)電阻降低流過中性點(diǎn)的N線處積聚，使得N線發(fā)熱，造成N線接地和開路情況。a.在逆變器中加控制器消除負(fù)序分量5。的交流量，對(duì)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系PID(比例-積分-微分)控制器進(jìn)行合適的參數(shù)設(shè)計(jì)，削弱負(fù)序分量。根據(jù)正序分量的無(wú)靜差調(diào)節(jié)原理，采用2組PI(比例-積分)控制器，一組在與給定電壓矢量同向光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點(diǎn)的諧波電壓應(yīng)滿足GB光伏電站接入電網(wǎng)后，公共連接點(diǎn)的諧波電壓應(yīng)滿足GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公共電網(wǎng)諧波》的規(guī)定[2]。公用電網(wǎng)諧波電壓限值要求如表1所示?？煽?，有效削弱零序不平衡輸出電壓的措施有降低變壓器的漏阻抗；輸出濾波電感連接在變壓器一次側(cè)；在無(wú)N線系統(tǒng)中，優(yōu)先選用帶△/Y變壓器的逆變器5。如果逆變器不帶變壓器，則逆變器中可增加零序調(diào)節(jié)器對(duì)輸出量進(jìn)行補(bǔ)償；如果逆變器帶△/Y變壓器，則其本身具有消除零序分量的特性，可合理設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)以減小零序分量，提高輸出對(duì)電網(wǎng)標(biāo)稱電壓電壓總諧波畸變率電網(wǎng)標(biāo)稱電壓電壓總諧波畸變率不應(yīng)超過其交流額定值的0.5%。諧波的危害表現(xiàn)為引起電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)諧波的危害表現(xiàn)為引起電氣設(shè)備附加損耗和發(fā)a.利用改善變壓器磁路飽和狀況和合理選擇變變壓器的逆變器系統(tǒng)中，如果直流分量超過一定值，腐蝕；導(dǎo)致較高的瞬時(shí)電流峰值，可能燒毀熔斷器， b.利用逆變器的實(shí)時(shí)電流跟蹤諧波實(shí)現(xiàn)諧波抑制。通過控制逆變器IGBT,調(diào)節(jié)逆變橋輸出的無(wú)功功率和諧波功率來控制電網(wǎng)側(cè)電流。c.利用濾波器進(jìn)行濾波。采用安裝在交流側(cè)的RLC無(wú)源濾波器過濾某一高次諧波。采用有源濾波器(APF)可以濾除高次諧波，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償。d.防止并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大，在電網(wǎng)中并聯(lián)電容器組起改善功率因數(shù)、調(diào)節(jié)電壓的作用。當(dāng)諧波存在時(shí)，一定參數(shù)下電容器組會(huì)對(duì)諧波起放大作用，危及電容器本身和附近電氣設(shè)備的安全。采取串聯(lián)電抗器或?qū)㈦娙萜鹘M的某些支路改為濾波器，限定電容器組的投入容量，避免電容器對(duì)諧波的放大。e.并聯(lián)裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置，可有效減小諧波量，抑制電壓波動(dòng)、電壓閃變、三相不平衡，還可補(bǔ)償功率因數(shù)。逆變器元件等效于電路中受控電壓源或受控電流源，當(dāng)多臺(tái)同類型逆變器(內(nèi)在電路和控制策略一致)直接并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，會(huì)造成特定次數(shù)的諧波疊加，不同類型的逆變器會(huì)相互抵消諧波的注入四。解決此類問題一般采取同步控制、非同步控制和交錯(cuò)并聯(lián)。同步控制是對(duì)并聯(lián)運(yùn)行的逆變器實(shí)施集中控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)同步。采取非同步控制時(shí)，則需要加大電感，利用控制策略來抑制低頻的零序電流；另外利用隔離措施，在直流側(cè)和交流側(cè)加裝隔離變壓器。交錯(cuò)并聯(lián)可以利用載波相位錯(cuò)開，每臺(tái)逆變器輸出電流高次諧波增大，總輸出電流的高次諧波減少。如果建筑光伏的容量較大，并網(wǎng)處將不再是理想電壓源，而是等效為一定的阻抗和大電壓源的連接，如圖2(a)所示。如果采用LC濾波，其等效電感減小了濾波電感的取值，而電容器的引人將會(huì)導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，等效電路如圖2(b)所示。采取抑制措施是在并聯(lián)電容處加阻尼電阻Ra,等效電路如圖2(c)所示。圖2中L,為逆變器輸出濾波阻抗，L?為并聯(lián)線路阻抗或局部負(fù)載阻抗，Cr為濾波電容。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，高次諧波衰減很快，低次諧波的變化情況比較復(fù)雜。在低滲透率配電網(wǎng)中諧波畸變一般是個(gè)常值，而高滲透率配電網(wǎng)中的諧波畸變一般隨接入的光伏電源逆變器個(gè)數(shù)增加而加重。當(dāng)饋電線路阻抗值較大時(shí)，可使諧波衰減明顯。為逆變器變壓器電網(wǎng)了防止特定次數(shù)的諧波產(chǎn)生諧振，有必要限制光伏電源逆變器的容量。在實(shí)際運(yùn)行中，光伏電源注入的諧波電流一般都能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2對(duì)潮流計(jì)算的影響潮流計(jì)算是根據(jù)系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運(yùn)行條件計(jì)算系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下的電氣量。光伏接入系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中規(guī)定應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)水平年有代表性的正常最大/最小負(fù)荷運(yùn)行方式、檢修運(yùn)行方式以及事故運(yùn)行方式進(jìn)行分析，必要時(shí)進(jìn)行潮流計(jì)算。2.1節(jié)點(diǎn)特性表征潮流節(jié)點(diǎn)有4個(gè)物理量。節(jié)點(diǎn)注入有功功率P、無(wú)功功率Q、節(jié)點(diǎn)電壓U、相位δ,一般給定兩個(gè)變量，另外兩個(gè)變量待求。PV節(jié)點(diǎn)的有功功率P和電壓幅值U給定，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)母線節(jié)點(diǎn)。PQ節(jié)點(diǎn)的注入有功功率P和無(wú)功功率Q是給定的，相當(dāng)于實(shí)際系統(tǒng)中的一個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。平衡節(jié)點(diǎn)是用來平衡全電網(wǎng)的功率，平衡節(jié)點(diǎn)的電壓幅值U和相角δ給定，一個(gè)獨(dú)立的電力網(wǎng)中只分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題(李英姿)http://www.jadq.753光伏電源供出電流/kA光伏電源供出電流/kA主電源供出電流/kA設(shè)一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)。光伏并網(wǎng)逆變器常用的控制方式有電壓控制、電流控制以及電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)雙環(huán)控制等圖。當(dāng)電網(wǎng)電壓受到擾動(dòng)或出現(xiàn)不平衡時(shí)，電壓控制的并網(wǎng)逆變器對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)出低阻特性，可能會(huì)影響逆變器的運(yùn)行；電流控制和雙環(huán)控制方式是以逆變器輸出電流為最終控制量，能夠使逆變器獲得很好的輸出并且受電網(wǎng)電壓影響較小。光伏并網(wǎng)逆變器采用電流控制和雙環(huán)控制方式將會(huì)取代電壓控制。對(duì)于電流控制型逆變器，其輸出有功和注入配電網(wǎng)的電流是恒定的，視為PQ節(jié)點(diǎn)。若為電壓控制型逆變器，則為輸出有功和電壓恒定的PV節(jié)點(diǎn)，當(dāng)注入的電流達(dá)到邊界值后轉(zhuǎn)化為電流控制型來處理。對(duì)于電壓要求較高且無(wú)功儲(chǔ)備充足的光伏發(fā)電系統(tǒng)，可把光伏發(fā)電并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)視為PV節(jié)點(diǎn)；對(duì)于電壓要求相對(duì)較低的節(jié)點(diǎn)，可把光伏發(fā)電并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)視為PQ節(jié)點(diǎn)；在MPPT的控制下視為無(wú)功為零的PQ節(jié)點(diǎn)。2.2潮流計(jì)算PQ型光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出功率方向與負(fù)荷方向相反，潮流計(jì)算中以電能從電網(wǎng)流向負(fù)荷方向?yàn)檎较?，則PQ型光伏發(fā)電系統(tǒng)正好反向，相當(dāng)于負(fù)的負(fù)荷接至配電網(wǎng)中，其潮流計(jì)算模型為P=-Ps,PV型光伏發(fā)電系統(tǒng)注入有功P與接入節(jié)點(diǎn)電壓V為已知，潮流計(jì)算模型為P=-Ps,U=Us。其中，P、Q,為光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，P、Q為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的功率，Us為光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓，U為配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓。傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法主要包括前推回代法、直接法、改進(jìn)牛頓法等。目前出現(xiàn)了很多新的潮流計(jì)算方法可供選用。2.3網(wǎng)損計(jì)算如圖1所示，當(dāng)負(fù)荷功率大于光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，光伏功率抵消部分來自于電網(wǎng)的功率，使配電線路上損耗減少。當(dāng)負(fù)荷功率小于光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)，光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)倒送功率，如果上網(wǎng)功率大于下網(wǎng)功率，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗將有可能增加9。當(dāng)光伏接入容量小于線路負(fù)荷時(shí)，接入位置離電網(wǎng)母線越遠(yuǎn)，網(wǎng)損越??；接入點(diǎn)的負(fù)荷與光伏出力之差的絕對(duì)值越小，網(wǎng)損越??；接入容量大于線路所帶754hitp:/wwwjzdqnetcn負(fù)荷時(shí)，接入位置離電源母線越遠(yuǎn)，網(wǎng)絡(luò)損耗呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。光伏接入配電網(wǎng)后，光伏并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)類型、光伏發(fā)電容量、位置是影響配電網(wǎng)電壓和潮流分布的三個(gè)重要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率受天氣變化影響很大，具有隨機(jī)變化特性，使得系統(tǒng)潮流也具有隨機(jī)性。計(jì)算設(shè)計(jì)水平年系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)和光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)在光伏電站接入前后的短路電流，如短路電流超標(biāo)，應(yīng)提出相應(yīng)控制措施。當(dāng)無(wú)法確定光伏逆變器具體短路特征參數(shù)情況下，考慮一定裕度，光伏發(fā)電提供的短路電流按照1.5倍額定電流計(jì)算2。3.1三相和兩相短路電流通常光伏逆變器可視為電流源，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的短路電流會(huì)隨著光照的降低而降低。光伏系統(tǒng)接入后，公共連接點(diǎn)短路電流Ipcc=Ipcc+1.5In;并網(wǎng)點(diǎn)電流；Ipcc為光伏系統(tǒng)接入前公共連接點(diǎn)短路電流，由當(dāng)?shù)毓╇姽咎峁?；In為光伏系統(tǒng)額定工作電流。光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的短路電流如圖3所示。 220/380V含隔離變壓器的逆變器與系統(tǒng)中的配電變壓器之間有時(shí)會(huì)額外形成接地回路，影響低壓系圖4為一單端供電的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，光伏電站接在a.當(dāng)光伏系統(tǒng)下游F1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，光伏系統(tǒng)接入對(duì)短路點(diǎn)的短路電流增益很明顯，流過QA1和QA2的故障電流增大，斷路器的過流保護(hù)動(dòng)作，但QA2的速斷保護(hù)和限時(shí)速斷保護(hù)，其保護(hù)范圍可能會(huì)延伸到下一條線路，引起其保護(hù)的誤動(dòng)，從b.當(dāng)光伏系統(tǒng)出口F2點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，由于光伏電站的接入，流過保護(hù)裝置QA3的故障電流減小，保護(hù)裝置QA3的速斷保護(hù)范圍減小、限時(shí)速保護(hù)裝置QA3的拒動(dòng)或延時(shí)動(dòng)作；c.當(dāng)光伏系統(tǒng)上游F3點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，由于光伏電站的接入可能會(huì)引起保護(hù)裝置QA3的反向d.當(dāng)F4點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，光伏電站接入的e.當(dāng)光伏電站接在母線B處時(shí)，對(duì)保護(hù)影響的圖5所示光伏系統(tǒng)接入手拉手的環(huán)狀配網(wǎng)，原有的雙端電源供電網(wǎng)絡(luò)，變?yōu)槎喽斯╇?，保護(hù)配合和協(xié)圖5PV接入手拉手環(huán)網(wǎng)若F1處發(fā)生故障，右側(cè)保護(hù)QA5受系統(tǒng)提供短路電流影響，保護(hù)能夠正常動(dòng)作，左側(cè)保護(hù)QA4受到光伏對(duì)短路電流的分流影響，使保護(hù)檢測(cè)到的故障4.3低壓配電線路對(duì)于高滲透率的光伏電源，饋電線路上發(fā)生短路故障時(shí)，若絕大部分短路電流由光伏電源提供，則會(huì)導(dǎo)致饋電線路無(wú)法檢測(cè)出短路故障，斷路器不光伏發(fā)電以220/380V電壓等級(jí)接入公共電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)和公共連接點(diǎn)的斷路器應(yīng)具備短路瞬時(shí)、動(dòng)作，瞬時(shí)跳開斷路器，滿足全線故障時(shí)快速可靠切光伏并網(wǎng)系統(tǒng)基本上都有完善的防孤島檢測(cè)，只要在2s之內(nèi)能夠解列，就能夠消除對(duì)電網(wǎng)的影響[2。伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍然向周圍的負(fù)荷供電，從而形成一和頻率，若電壓和頻率超出允許的范圍，可能會(huì)對(duì)用戶的用電設(shè)備造成損壞；孤島效應(yīng)發(fā)生時(shí)線路