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太阳能光伏系统的并网电能质量控制措施
来源:浙江格亚电气有限公司
发布时间:2025-09-22 20:45:09
太阳能光伏系统并网时,需从谐波治理、无功补偿、电压稳定、孤岛保护、监测与通信、设备选型与配置六个方面进行电能质量控制,具体措施如下:
### **一、谐波治理**
1. **问题根源**
光伏逆变器在DC-AC转换过程中会产生2-51次谐波电流,导致电流波形畸变。多台逆变器并联时,谐波叠加可能引发输出电流超标,同时逆变器开关切换延迟也会产生小范围谐波。
2. **治理措施**
- **滤波器应用**:
- **有源滤波器(APF)**:实时检测并滤除谐波,提高电流波形质量。
- **无源滤波器(LC滤波器)**:针对特定频率谐波进行消除,成本较低但灵活性差。
- **低谐波逆变器**:选用符合IEEE 519标准的逆变器,减少谐波输出。
- **谐波补偿装置**:装设附加装置吸收特定次数谐波电流。
### **二、无功补偿**
1. **问题根源**
光伏发电间歇性导致无功补偿需求变化,可能使功率因数低于电网要求(通常需≥0.95)。光伏“自发自用、余电上网”模式会降低电网侧有功电量占比,而无功需求未减少,进而拉低功率因数。
2. **治理措施**
- **动态无功补偿装置(SVG)**:实时调节无功输出,避免传统电容补偿装置因光伏发电方向变化导致的误判。
- **静止无功发生器(ANSVG)**:动态调节无功功率,保持功率因数稳定。
- **四象限补偿控制器**:如ARC四象限控制器,主动补偿无功功率,提高功率因数,同时具备电容器电流检测、谐振频点检测等功能。
### **三、电压稳定控制**
1. **问题根源**
光照强度变化引起光伏功率输出波动,导致电网电压不稳定。光伏电池板输出功率受辐照强度、天气、季节、温度等因素影响,负载功率变化频繁,引发电压波动和闪变。
2. **治理措施**
- **优化逆变器控制策略**:提高电压稳定性,减少功率波动对电网的影响。
- **加大变电站母线短路容量**:增强系统抗干扰能力。
- **提高功率因数**:在光伏电站容量确定的情况下,增加有功功率总量,降低无功功率变化量,满足电压波动限值要求。
### **四、孤岛效应防护**
1. **问题根源**
电网中断供电时,光伏系统未能及时检测出停电状态,继续向负载供电,形成孤岛运行。孤岛中的电压和频率不受电网控制,可能引发设备损坏、重合闸故障等问题。
2. **治理措施**
- **防孤岛保护装置**:检测并网点逆功率、频率突变等异常数据,快速切除并网点,确保电站与电网侧脱离。
- **优化孤岛检测方法**:分析光伏发电对配电网故障电流的影响,提高负荷切除速度和孤岛划分技术。
- **配置反孤岛保护功能**:在异常情况下准确判断孤岛状态并迅速中断并网。
### **五、监测与通信**
1. **问题根源**
光伏并网需实时监测电能质量指标,确保符合电网要求。缺乏监测可能导致谐波、电压波动等问题未被及时发现。
2. **治理措施**
- **电能质量在线监测装置**:如APView500,采用高性能多核平台和嵌入式操作系统,遵照IEC61000-4-30标准,集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测等功能于一体,满足110kV及以下供电系统监测需求。
- **通信系统建设**:与电网调度部门建立可靠通信联系,及时上传电能质量数据,实现远程监控和调度管理。
### **六、设备选型与配置**
1. **核心设备要求**
- **光伏组件**:选用符合国家标准和行业标准的产品,具有较高的光电转换效率。
- **逆变器**:性能直接影响电能质量和并网稳定性,需具备有功/无功功率调节能力。
- **变压器**:具有良好的绝缘性能、较低的损耗和噪音,确保长期稳定运行。
- **开关设备**:包括断路器、隔离开关等,需具备可靠的开断和关合能力,快速切断故障电路。
- **电缆**:选择绝缘性能、耐热性能和机械强度良好的材料,确保电能安全传输。
### **一、谐波治理**
1. **问题根源**
光伏逆变器在DC-AC转换过程中会产生2-51次谐波电流,导致电流波形畸变。多台逆变器并联时,谐波叠加可能引发输出电流超标,同时逆变器开关切换延迟也会产生小范围谐波。
2. **治理措施**
- **滤波器应用**:
- **有源滤波器(APF)**:实时检测并滤除谐波,提高电流波形质量。
- **无源滤波器(LC滤波器)**:针对特定频率谐波进行消除,成本较低但灵活性差。
- **低谐波逆变器**:选用符合IEEE 519标准的逆变器,减少谐波输出。
- **谐波补偿装置**:装设附加装置吸收特定次数谐波电流。
### **二、无功补偿**
1. **问题根源**
光伏发电间歇性导致无功补偿需求变化,可能使功率因数低于电网要求(通常需≥0.95)。光伏“自发自用、余电上网”模式会降低电网侧有功电量占比,而无功需求未减少,进而拉低功率因数。
2. **治理措施**
- **动态无功补偿装置(SVG)**:实时调节无功输出,避免传统电容补偿装置因光伏发电方向变化导致的误判。
- **静止无功发生器(ANSVG)**:动态调节无功功率,保持功率因数稳定。
- **四象限补偿控制器**:如ARC四象限控制器,主动补偿无功功率,提高功率因数,同时具备电容器电流检测、谐振频点检测等功能。
### **三、电压稳定控制**
1. **问题根源**
光照强度变化引起光伏功率输出波动,导致电网电压不稳定。光伏电池板输出功率受辐照强度、天气、季节、温度等因素影响,负载功率变化频繁,引发电压波动和闪变。
2. **治理措施**
- **优化逆变器控制策略**:提高电压稳定性,减少功率波动对电网的影响。
- **加大变电站母线短路容量**:增强系统抗干扰能力。
- **提高功率因数**:在光伏电站容量确定的情况下,增加有功功率总量,降低无功功率变化量,满足电压波动限值要求。
### **四、孤岛效应防护**
1. **问题根源**
电网中断供电时,光伏系统未能及时检测出停电状态,继续向负载供电,形成孤岛运行。孤岛中的电压和频率不受电网控制,可能引发设备损坏、重合闸故障等问题。
2. **治理措施**
- **防孤岛保护装置**:检测并网点逆功率、频率突变等异常数据,快速切除并网点,确保电站与电网侧脱离。
- **优化孤岛检测方法**:分析光伏发电对配电网故障电流的影响,提高负荷切除速度和孤岛划分技术。
- **配置反孤岛保护功能**:在异常情况下准确判断孤岛状态并迅速中断并网。
### **五、监测与通信**
1. **问题根源**
光伏并网需实时监测电能质量指标,确保符合电网要求。缺乏监测可能导致谐波、电压波动等问题未被及时发现。
2. **治理措施**
- **电能质量在线监测装置**:如APView500,采用高性能多核平台和嵌入式操作系统,遵照IEC61000-4-30标准,集谐波分析、波形采样、电压暂降/暂升/中断、闪变监测等功能于一体,满足110kV及以下供电系统监测需求。
- **通信系统建设**:与电网调度部门建立可靠通信联系,及时上传电能质量数据,实现远程监控和调度管理。
### **六、设备选型与配置**
1. **核心设备要求**
- **光伏组件**:选用符合国家标准和行业标准的产品,具有较高的光电转换效率。
- **逆变器**:性能直接影响电能质量和并网稳定性,需具备有功/无功功率调节能力。
- **变压器**:具有良好的绝缘性能、较低的损耗和噪音,确保长期稳定运行。
- **开关设备**:包括断路器、隔离开关等,需具备可靠的开断和关合能力,快速切断故障电路。
- **电缆**:选择绝缘性能、耐热性能和机械强度良好的材料,确保电能安全传输。
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