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1、-毕业设计（论文）-光伏发电并网系统的电能质量计算研究-第 33 页 摘要 光伏发电并网系统的电能质量计算研究 摘要迫于能源紧缺和环境的压力，以风电、光伏电源、小水电等可再生能源为主体的分布式电源发电产业迅发展。然而，分布式电源的分散性、不稳定性、发电间歇性等特点使电网负荷峰谷差加大、运行稳定性降低、供配电效率减小、电压稳定性、谐波潮流和基波功率潮流等电能质量问题更加严重，从而导致电网接纳分布式电源的能力受到限制。光伏发电并网系统的电能质量问题制约着电网接纳光伏发电能力1。为了定量计算光伏发电并网系统的电能质量问题和电网接纳光伏发电能力，本文从高密度、多接入点的光伏电源接入配电网后，配电网发生
2、一系列的问题出发，研究功率逆流使配电线路、配电逆变器的运行效率降低；多个逆变器注入电网的谐波电流使配电网的谐波电压升高等问题。本文将光伏电源作为广义负载来看，建立统一光伏发电系统的等值电路和计算模型，并针对一个实际配电网进行仿真计算，根据仿真结果给出光伏发电并网系统对电网电压稳定性、基波功率潮流、谐波潮流的影响研究，给出提高电网接纳光伏发电能力的技术方案。关键词：光伏发电并网系统；电能质量；电压稳定性；基波功率潮流；谐波潮流 。 目录 目录摘要-IAbstract-II第一章 绪论-11.1 研究背景及意义-11.2 光伏并网发电的研究发展状态-6 1.2.1 国外光伏并网发电的现状与发展趋势
3、-6 1.2.2 我国的光伏发电市场-7第二章 光伏并网发电对电能质量的要求及影响-8 2.1 光伏发电并网系统-8 2.1.1 光伏发电并网系统的类型及特点-82.2 光伏并网发电对电能质量的要求-122.3 光伏发电并网系统对配电网电能质量的影响-142.4 分布式光伏并网发电对电能质量的影响-17第三章 光伏发电并网系统的电能质量计算-193.1 统一光伏发电并网系统的等值电路-193.2 统一光伏发电并网系统的计算模型-21 3.2.1 电路功率传输计算-21 3.2.2 基本计算方程-22第四章 光伏发电并网系统的电能质量仿真分析-264.1 系统运行特性仿真概述-26 目录 4.1
4、.1 仿真内容-26 4.1.2 仿真参数-26 4.1.3 仿真计算流程-264.2 电压稳定性的仿真分析-27 4.2.1 仿真目的-28 4.2.2 电压波动与电压偏差-28 4.2.3 电压调整率广义负载功率曲线-28 4.2.4 电压稳定性评估-304.3 基波功率潮流仿真分析-30 4.3.1 仿真目的-30 4.3.2 基波功率潮流仿真曲线-30 4.3.3 基波功率潮流分析评估-314.4 谐波潮流仿真分析-32 4.4.1 仿真目的-32 4.4.2 谐波的潮流仿真曲线-32 4.4.3 谐波潮流分析评估和控制策略-33第五章 总结与展望-34参考文献-35致谢-37第一章
5、绪论51.1 课题研究的背景及意义51.2 光伏并网发电的研究发展状态71.2.1 国外光伏并网发电的现状与发展趋势71.2.2 我国的光伏发电市场8第二章 光伏发电并网系统对电能质量的影响102.1 光伏发电并网系统102.1.1 光伏发电并网系统类型及特点102.2 光伏并网发电对电能质量的要求132.3 光伏并网发电对配电网电能质量的影响162.4 分布式光伏并网发电对电能质量的影响19第三章 光伏发电并网系统的电能质量计算203.1 统一光伏发电并网系统的等值电路203.2 统一光伏发电并网系统的计算模型233.2.1 电路功率传输计算233.2.2 基本计算方程24第四章 光伏发电并
6、网系统的电能质量仿真及分析294.1 系统运行特性仿真概述294.1.1 仿真内容294.1.2 仿真参数294.1.3仿真计算流程图294.2电压稳定性仿真分析314.2.1 仿真目的314.2.2 电压波动与电压偏差314.2.3 电压调整率广义负载曲线314.3 基波功率潮流仿真分析334.3.1 仿真目的334.3.2 基波功率潮流仿真曲线344.3.3 基波功率潮流分析评估344.4 谐波潮流仿真分析354.4.1 仿真目的354.4.2 谐波潮流仿真曲线354.4.3 谐波潮流分析评估和控制策略36第五章 总结与展望37参考文献38 第一章 绪论 第一章 绪论 本章概括介绍了“光伏
7、发电并网的电能质量仿真计算”课题研究的背景及意义，光伏发电的现状。1.1 课题研究的背景及意义能源是人类赖以生存和发展的基础，是世界经济的命脉。随着人类生活水平的提高和社会经济的发展，对能源的需求日益增长。目前，世界范围内的能源利用主要以传统的煤炭、石油等不可再生能源为主。传统能源存储量都很有限。我国传统能源存储量大大低于世界水平，大概只有世界总储量的10%左右。大量使用这些传统能源已经给人类的生存环境带来了像温室效应、臭氧层破坏等严重的污染。化石能源燃烧排入大气中的有害物质，致使局部地区形成酸雨，严重污染水土资源。显然，依靠科技大规模的研究开发和利用可再生清洁能源是解决能源紧缺的必然途径，也
8、是摆在世界各国特别是我国面前非常重要的紧迫任务。目前，全世界都在开发如风能、太阳能、海洋能、地热能等可再生能源，这些能源取之不尽用之不竭，而且不排放有害物质，可以用来替代传统能源，实现可持续发展。太阳能储量十分丰富，每40秒太阳传送给地球的能量相当于210亿桶石油的能量，地球每秒接收到的能量约为焦，相当于500多吨标准煤。地球每年接收的太阳辐射达到1.81018kWh，相当于当前全球能源消耗的数万倍。具有资源丰富，不受地域限制等优点，受到世界能源专家们的青睐，成为21世纪最重要的能源之一2。 开发利用太阳能的主要途径是光伏发电。目前以大机组，大电网，高电压为特征的单一式供能系统占全世界供能系统
9、的90%以上。但是由于传统能源的日趋减少加上人们对环境保护的日益重视。环保、高效、灵活的分布式发电方式已经被世界各国所重视。因此，电力系统将发生巨大的改革，分布式发电将成为未来电力系统的重要研究方向。分布式光伏发电可以充分开发利用各地的太阳能，将分布式光伏发电并入配电网是太阳能发电进入电力市场的必由之路3。近年来，分布式光伏发电得到了全世界广泛的关注4。美国、德国、西班牙等各国政府相继推出了如电价补贴、税收抵扣等鼓励政策和政府计划，推动了光伏产业的迅速发展。2009年全球新装置的太阳能发电容量为7.2GW，其中欧盟占了5.8GW，德国全年新增的太阳能发电容量有3.8GW，约占全球的1/2。随着
10、我国经济飞速的发展，在未来几十年能源需求将迅速增加，因此，发展新能源对我国经济发展十分重要。我国土地广阔，太阳能资源及其丰富，具有很好的开发潜力。2008年中国光伏安装总量是40MW，累计安装总量只140MW，而2009年全年安装量就有160MW，2020年的光伏发电目标从原先的1.6GW提高到20GW。一系列的政策支持和长远规划表明各国政府对光伏发电的认可度非常高。分布式光伏发电并网，有助于分布式发电技术的大规模推广应用。不仅有助于提高供电品质，还有助于提高电力系统的可靠性，防止大面积停电，增强电力系统抵御自然灾害的能力，对国家有重要的安全和经济意义5。然而，当分布式光伏电源接入配电网后，电
11、力系统呈多电源的弱环网络结构6。少量的分布式发电并网对整个电网系统的影响不大。伴随着大比例或大功率分布式光伏电源的引入，电能质量问题日益突出。光伏发电能量的传递和转换都是建立在电力电子技术的基础上，大规模的光伏电源并网使得大量的电力电子转换器引入到电力系统中，随着电力电子技术的广泛应用和发展，大量的非线性负载也加入到了供电系统中，因此，大规模光伏发电的引入会对电力系统造成严重的污染，产生更为严重的电能质量问题7。现在较为常见的电能质量问题有：电压波动和闪变、三相不平衡、谐波污染、无功功率不平衡等，严重危害着电力系统的安全性和稳定性。针对传统电力系统电能质量问题的检测与评估，国内外一直都十分关注
12、，许多电力系统专家和学者已经进行了广泛深入的研究，在降低电压波动和闪变、解决三相不平衡、抑制谐波方面，目前技术已相当成熟8。但由于光伏发电并网产生的电能质量问题具有特殊性，传统的电能质量治理技术都不再适用，传统的检测和分析方法也很难适应于电能质量问题的研究。虽然大规模光伏发电的引入给系统带来了很多的危害，引进大量谐波，造成系统扰动，导致系统电能质量恶化，但是分布式光伏电源也能改善电能质量9。改善电能质量的技术是建立在电力电子技术，计算机控制技术的基础上的，而分布式光伏发电也正是建立在这些技术上。这样使得光伏发电系统复用自身的电力电子转换器成为可能，利用自身的电力电子设备吸收或释放有功、无功，不
13、仅实现了电能转换，还可以担当一定的电能质量调节任务，通过相关的控制策略，可以尽快地投入使用，使得系统故障减少，减低了电能质量治理装置容量，减少了电力系统的额外投资10。因此，在分布式光伏发电大量引入配电网的条件下，揭示光伏电源并网系统的电能质量问题机理，仿真计算光伏发电电能质量，给出提高光伏发电并网系统的电能质量，提高电网接纳光伏发电能力的技术方案，对实现含大比例光伏微网的配电网稳定供能，保障其在复杂工况下安全高效运行有十分重要的意义。1.2 光伏并网发电的研究发展状态 1.2.1 国外光伏并网发电的现状与发展趋势全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源在日趋减少，全世界把目光投向了
14、可再生能源，希望它们能改变人类的能源结构，实现可持续发展。丰富的太阳辐射能以其独有的优势成为人们重视的焦点。光伏发电作为开发利用太阳能的主要途径最受瞩目。20世纪90年代后，全球光伏发电产业发展迅速，每年以30%40%的速度递增。同时全球光伏电池产量迅速增长，19902005世界光伏组件年增长了17倍。2005年世界太阳能电池产量达到1650MW，累计装机容量5GW。2006年，世界上已经建成了10多座MW级光伏发电站。2009年全球新装置的太阳能发电容量为7.2GW，其中欧盟占了5.8GW，德国全年新增的太阳能发电容量有3.8GW，约占全球的1/2。国外发达国家掀起了发展并网太阳能光伏发电系
15、统的高潮。美国是最早制定光伏发电发展规划的国家。20世纪80年代初，美国就已经开始了并网太阳能光伏发电的努力，制定了PV-USA，即太阳能光伏发电规模应用计划，主要是建立100kW以上的大型并网太阳能光伏发电系统。日本于1993年提出了新阳光计划，2003年日本光伏组件生产占世界的50%，世界前十大厂商有4家在日本11。1993年，德国首先开始实施由政府投资支持、被电力公司认可的1000项屋顶计划，现在实际建成的屋顶并网太阳能发电系统已经超过5000座。德国采取经济杠杆保证光伏发电装机容量持续稳定增长。可再生能源法规定了光伏发电的补贴办法，对于屋顶光伏和地面光伏等各类光伏发电的应用模式，其规模
16、不同，补贴力度不同。德国2012年最新修改的法律规定，光伏发电的上网电价从17.94欧分每千瓦时到24.43欧分每千瓦时。该国还规定，未来12个月内如果安装容量超过350万千瓦，上网电价下降3%；如果超过750万千瓦，上网电价下降15%。分布式电源的大规模发展，需要投入大量资金升级电网。目前，德国已经开始采取一些间接措施来满足分布式电源接入配电网的要求，如升级改造接入点的上级变压器，重新配置馈线的电压条件和控制设备等。德国的研究机构认为，要满足德国的光伏发展目标，需要额外新建19.5万至38万千米高压和中压配网线路，相应的投资为130亿欧元至270亿欧元。制定合理的分布式光伏发电管理方式，保证
17、电网的安全运行。西班牙要求某一区域安装的分布式电源的容量为该区域的峰值负荷的50%以下，尽量避免分布式电源反送电。德国要求100千瓦以上的分布式电源必须安装远程通信和控制装置，以便调度实时了解其出力，并且可以进行调度。意大利、芬兰、法国等，纷纷制定光伏发展计划，并投巨资大力发展光伏发电技术和加速其工业化的进程。全社会分摊分布式光伏发电接入引起的电网改造成本。国外政府通过征收电价附加，来支持必要的电网改造和分布式电源的接入。1.2.2 我国的光伏发电市场我国的太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17000亿吨标准煤。与同纬度的其他国家相比，与美国相近，比欧洲、日本优越很多，有巨大的开发潜能。我国太
18、阳能电池的研究始于1958年，1959年研制成功第一个有实用价值的太阳能电池，1979年开始生产单晶硅太阳能电池。我国光伏产业的发展有两次飞跃。20世纪80年代中后期，由中央政府、国家工业部委、地方政府和国家大型企业投资。国内引进了多条太阳能电池生产线和多台太阳能电池生产设备，初步形成生产能力达到4.5MW的太阳能光伏产业。20世纪90年代中、后期，由于受到国际项目、政府项目的启动和市场的拉动等国际大环境的影响，太阳能电池组件产量逐年稳步增加，光伏发电产业进入稳步发展时期，迅猛发展的势头日渐明朗。21世纪初，我国光伏发电产业迎来了快速发展的新阶段。2007年底中国太阳能光伏发电系统累计装机容量
19、达到100MW，从事太阳能电池生产的企业达到50家，太阳能电池年产量达到1188MW。我国光伏组件产量自2007年以来，连续5年位居世界第一。2008年，国内光伏电池产量达到2540MW，约占世界产量的40%。2009年产量达到3.3GW。2011年，我国光伏组件产量是当年新增安装容量的10倍，90%的光伏组件需要销往国外。我国光伏产业严重依赖国外市场的风险在欧美“双反”时暴露无遗。为挽救我国光伏产业，国家在2011年连续出台政策支持分布式光伏发电发展。为了响应国家政策，国家电网公司发布分布式光伏发电相关管理办法，为促进分布式发电的快速发展奠定了坚实的基础。分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长。
20、我国从2009年开始实施特许权招标，推动地面大型光伏电站建设。同年，开始了“金太阳”工程和光电建筑示范项目，给予分布式光伏发电系统补贴，并按照投资规模的大小，确定补贴额度。截至2011年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为30万千瓦；“金太阳”工程已公布的规模约为117万千瓦。分布式光伏发电爆发式增长，但与之相关的规划、设计、施工、管理和运行的标准、规范不健全，导致问题集中显现。光伏发电产业开始由离网型逐步向大规模光伏并网发电的方向迈进。大型光伏电站一般安装在我国日照资源丰富的西部地带，青海地区是最理想的地区之一。 国家公布的相关规划提出，2015年分布式光伏发电要达到1000万千瓦。同
21、时，明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。因此，分布式光伏发电是未来的重要发展方向。第二章 光伏发电并网系统对电能质量的影响2.1 光伏发电并网系统2.1.1 光伏发电并网系统类型及特点 光伏发电并网系统一般分为光伏电站(图2-l(a)、微网光伏发电并网系统(图2-l(b)分布式光伏发电并网系统(图2-l(c)三种类型12。 10KVloadT0.4KVPVnPv1光伏电源1 光伏电源2图2-1（a）光伏电站光伏电源 发电机 蓄电池 超级电容 负载图2-1(b)微网光伏发电并网系统 光伏电源1 负载1 光伏电源n 负载n 图2-1 （c) 分布式发电并网系统 图2-1 （
22、c) 分布式发电并网系统 图2-1光伏发电系统类型 光伏电站的主要特点是所发电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电，光伏电站发电功率是不可凋度的。微网光伏发电并网系统是将光伏发电、柴油发电、燃气发电、蓄能发电结合起来并网向用户供电的系统。微网光伏发电并网系统通过对备电源的控制，基本可以动态满足负荷的电力需求。微网系统对电网电力需求稳定，对电网冲击小。微网对负载供电可靠性高，当出现电网限电、掉电、停电等情况时仍可对微网内负荷正常供电。微网光伏发电功率可调度的。分布式光伏发电并网系统根据光伏电源是否被允许向主电网馈电，可分为可逆流系统与不可逆流系统。当光伏发电能力大于负载或发电时间同负荷
23、用电时间不一致时，一般均设计成可逆流系统，以保证电能平衡；当光伏发电量始终小于或等于负荷的用电量时，可设计为不可逆流系统，使光伏电源与电网电源并联向负载供电。分布式光伏发电并网系统的主要特点是所发电能直接分配到用户负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节，分布式光伏发电功率是不可调度的13 。由于现有电网主干部分大都成形，分布式光伏发电并网系统比较普遍。根据分布式光伏发电并网系统中光伏电源是否被允许向主电路馈电，可分为可逆流系统与不可逆流系统。当光伏发电能力大于负载或发电时间同负荷用电时间不一致时，一般均设计成可逆流系统，以保证电能平衡；当光伏发电能力小或等于负荷用电量时，可设计成不可逆流系
24、统，使光伏电源与电网电源并联向负载供电。一般而言，小于1MW 光伏发电厂多接入0.4kV配电网，大于1MW小于等于10MW光伏发电厂多接入1OkV或35kV配电网，大于10MW小于等于50MW的光伏发电厂多接入10kV配电网，大于50MW 的光伏发电厂将接于220kV或以上的输电网络。电力系统与含光伏电源的配电网如图（2-2）所示。 发电厂 高压输电网 配电网 图2-2 电力系统与含光伏电源的配电网拓扑结构示意图高密度、多接入点的光伏电源接入配电网后，配电网发生一系列变化：原来辐射状无源配电网络变为辐射状有源配电网络；光伏发电功率波动和不可调度的特点加大了配电系统的负荷的波动性和峰谷差；光伏逆
25、变器产生的谐波电流将注入电网。上述问题使光伏发电并网系统的电能质量变差：各电压等级负荷的波动性和峰谷差产生电压波动和闪变，电压稳定性变差；功率逆流使配电线路、配电变压器的运行效率降低；多个逆变器注入电网的谐波电流使配电网的谐波电压升高。2.2 光伏并网发电对电能质量的要求电能质量定义：描述电力系统或供电系统性能的测量方法的总称。由于电压、电流或频率偏差引起的，用户设备工作异常或损坏的任何电力问题，都属于电能质量问题。 为保证电力系统的电能质量，我国在一系列标准中规定了光伏等电源接入以及公共电网的电能质量要求。这些标准对于制定光伏电源的并网标准起到了重要的参考作用。在光伏电源并网电能质量方面，目
26、前主要依据国家电网公司光伏电站接入电网技术规定的要求。该规定明确光伏电源并网在谐波、电压偏差、电压波动与闪变、电压不平衡度、直流分量等电能质量方面的指标14。电能质量主要参数（指标）： 1.电压偏差15 GB 123252003电能质量一供电电压允许偏差中将电压偏差定义为： (2-1) (1). 35KV及以上为正负偏差绝对值之和不超过10%(2). 10KV及以下三相供电为7%(3). 220V单相供电为+7%，10%2.频率偏差16 我国电力系统的标称频率为50Hz，GBT15945-1995电能质量一电力系统频率允许偏差中规定：(1). 正常允许0.2%Hz，根据系统容量可以放宽到0.5
27、%(2). 用户冲击引起的频率变动一般不得超过0.2Hz3.三相电压不平衡度17 GB/T155431995中规定了三相电压不平衡度的允许值及其计算、测量和取值方法。有两种不平衡度计算公式。(1). 含有零序分量的三相系统，即三相不平衡度等于负序分量与正序分量的百分比：(2)不含有零序分量的三相系统，当已知三相量a、b、c时，用下式求不平衡度：不平衡度 (2-2)其中 ，。 判断三相不平衡度是否合格的方法为：对于波动性较小的场合，应和实测的5次接近数值的算术平均值对比；对于波动性较大的场合，应和实测值的95%概率值对比 。4.谐波（波形畸变）18 GB/T 145491993中对测量谐波次数、
28、仪器误差、数据取值提出了具体要求，同时给出了谐波电压含量、第h次谐波电压含有率、总谐波畸变率的计算公式。谐波电压含量： (2-3)第h次谐波电压含有率： (2-4)式中为h第次谐波电压方均根值； 为基波电压方均根值；N为采样点数。国家标准规定，测量的谐波次次数一般为219。通常取测量时段内各相实测值的95%概率中最大的一相值作为判断谐波是否超过允许值的依据。5. 电压波动与闪变19 GB 123262000中对其概念、计算公式和测量数据的选取做了明确规定，并给出了判断闪变电压值是否合格的方法。相对电压波动值d的定义为： (2-5) 式中，分别为电压调幅波中相邻两个极值电压均方根；为额定电压。闪
29、变定义为人眼对灯闪的主观视觉反应。借鉴IEC标准的方法，用短时间闪变水平值Pst和长时间闪变水平值P1t作为闪变严重度的评估指标。Pst的观察周期典型值T short=10 min，其计算公式为： (2-6)式中：K0. 1=0. 031 4；K1=0. 052 5；K3=0. 065 7；K10=0. 28；K50=0.08。P0.1、P1、P3、P10、P50分别为10 min内超过0. 1%、1%、3%、10%、50%时间比的概率分布水平值，也称为10 min内瞬时闪变视感度S(t)的99. 9%、99%、97%、90%、50%概率大值。P1t的观察周期典型值T long=2 h,被定义
30、为在观察周期内瞬时闪变视感度不超过99%概率的Pst(用符号Ps,t 99%表示)或超过1%时间的Pst。6. 暂时过电压与瞬态过电压20 GB/T184812001中将峰值电压超过系统正常运行的最高峰值电压时的工况定义为过电压。暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压,特征为在其持续时间范围内无衰减或弱衰减；瞬态过电压包括操作过电压和雷击过电压，特征为为振荡的或非振荡的，通常衰减很快，持续时间只有几毫秒或几十微秒。7.直流分量 光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流分量不应超过其交流额定值的0.5%，对于不经变压器直接接入电网的光伏电站，因逆变器效率等特殊因素可放宽至1%。2.3 光伏并网发电对配
31、电网电能质量的影响（1）对电网电压的影响太阳能发电受外界环境如日光照射的影响较大，具有间歇性，发电量也有波动。如果配电网系统中含有大比例的光伏发电时，会使得线路上的负荷潮流发生波动且变化较大。而电网中很少具有动态无功调节设备，仅靠投切电容电抗器进行电压调节。从而，电网电压的调整难度加大，调节不好会导致电压偏差、电压波动和闪变等问题的发生21。光伏发电系统的容量大小和安装位置决定了对供电系统电压的影响程度。分布式光伏电源的不稳定性对并网接入点的影响是最大的，因此，以此点来评估电压变化，图2-3为并网接入点的戴维南等效电路。图2-3 含分布式光伏电源的系统在其接入点上的戴维南等效电路当光伏电源注入
32、系统的功率发生改变时，线路上的电流变化值。当发电量波动时，接入点的电压变化值为。由图估算如下： （2-7) 在上式中，并网接入点短路容量为，光伏电源注入的功率变化为，光伏微源功率因数角，电网等效阻抗为， 接入点电压U，从接入点看入的电网阻抗角为。一般情况下，线路两端的相位移不大，近似于其水平分量，其垂直分量可忽略，由此可得电压的相对变化率为： (2-8)从上式可以看出，电压相对变化率取决于，即为对系统供电电压造成冲击的三个要素。以来表示光伏电源并网接入点的短路比。 (2-9)由式（2-8）可得: （2-10）考虑单个光伏电源的情况，当分布式光伏电源未全容量运行时，电压变化率最大。分布式光伏电源
33、本身具有不稳定性，会对电网内的其他用户的供电电压造成冲击。但是随着供电电网中分布式光伏电源的渗透率增加，提高了系统的整体短路容量。系统的短路容量是电网电压强度的标志，短路容量越大，系统电压强度也越强。配电网内部冲击性负荷投切、外部故障等使得电压闪变、跌落，对配电网电压造成较大冲击的情况，其程度与普通配电网相比，将会得到抑制削弱。由此可知，系统短路容量的变化可以用来表征电压强度的变化。选择光伏电源并网接入点作为评估点，以表示负荷无功增量，电压波动可表示为： （2-11）同样，当光伏电源并网后，配电网出现扰动时，以表示并网后接入点的短路容量，则并网后接入点的电压波动可表示为 （2-12） （2）对
34、电网谐波的影响光伏发电系统直流电逆变成交流电并网时，会产生谐波，造成谐波污染22。当配电网内光伏电源规模不大时，设计良好的逆变器将直流电转换成交流电，产生的谐波污染一般在可控范围内。但是，随着光伏发电在配电网系统的渗透率增加，多个谐波源叠加造成的谐波含量会严重影响电能质量，不仅如此，多个谐振源还有可能在系统内激发高次谐波的功率谐振。高渗透率下光伏电源的接入位置不同和出力的大小对电网的谐波会有不利的影响。考虑光伏电源接入位置变化的影响时，在出力不变的情况下，接入位置越接近线路末端，馈线沿线各负荷节点的电压畸变越严重；反之，接入点越接近系统母线，对系统的谐波分布影响越小。因此，从减小谐波畸变率的角
35、度来看，分布式光伏电源并不适宜在馈线末端接入系统，可以选择线路接近系统母线处或馈线中间位置。目前并网型逆变器配置有高性能滤波电路，使得逆变器交流输出的电能质量较高，对电网质量不会造成大的污染。在输出功率50%额定功率，电网波动5%情况下，如SG100K3型逆变器的交流输出电流总谐波分量（THD）3%。另外，由于变电所使用的变压器是Y接线，400V产生的谐波大部分不会传至10kV，减少了对电网的污染。但若叠加背景谐波后，并网点的谐波分量有可能接近或超过相关规定。因此在光伏电站并网时，需对其进行实际检测，并根据实际接入容量比例分摊谐波限值。如果经检测无法满足国家标准，需要采取加装滤波装置等相应措施
36、。（3）对电网电压三相不平衡的影响分布式光伏电源具有极强间歇性，使得光伏电源对各相的出力不均匀。分布式光伏电源并网所造成的电压不平衡度主要由两个方面的因素构成：一方面是由于三相并网逆变器自身输出的不平衡造成的，另一方面是由于大量单相分布式光伏电源并网造成的。目前，对于三相不平衡的治理，更多的是使用静止无功补偿器（SVC）的补偿方法，与以往使用变压器、投切固定电容器及电抗器的方法相比，具有调节范围宽、动态性能好、可靠性高、阻抗连续可调等优点，特别适合于可变的不平衡负载。（4）对无功平衡的影响太阳能光伏发电站电力功率因素大部分在0.98以上，有部分小型分布式光伏电源功率因数是 0.95以上，基本上
37、为有功输出。为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则，太阳能光伏电站应配置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求，提高电源质量，降低网损。（5）光伏并网注入的直流分量对电网的影响光伏并网发电系统是由直流电经逆变之后转换为交流电并入电网的，尤其是当无隔离变压器而与电网直接相连时，会向电网注入直流分量。注入的直流电流分量会对电网中的变压器等许多电气设备造成致命的伤害2.4 分布式光伏并网发电对电能质量的影响分布式电源接入配电网后，会引入各种扰动，从而对系统的电能质量产生影响。其影响主要有两个方面： （1）电压闪烁。分布式光伏系统在下列情况下可能直接或间接引起电压闪烁:a.大型分布式光伏系统启动
38、；b.输出突然变化或发生较大变化；c.分布式光伏系统和反馈环节的电压控制设备相互影响。目前采用的解决方法是要求分布式光伏系统的拥有者减少分布式光伏系统的启动次数，并将分布式光伏系统通过逆变器接入配电网以减少分布式光伏系统输出的大幅度变化。 （2）谐波。分布式光伏系统在下列情况下可能引入谐波:a.分布式电源本身就是一个谐波源；b.分布式光伏系统经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。c. 分布式光伏系统经基于电力电子技术的逆变器接入配电网。 光伏电源输出功率受光照影响大，具有波动性、间歇性、周期性等特点，容易造成电网电压波动闪变。随着光伏发电在电源中比例不断增大，其波动性、间歇性和周期性对电网调峰
39、的影响将愈加显著，容易造成电网频率的波动。此外，还存诸如电压脉冲、浪涌、电压跌落和瞬时供电中断等动态电能质量问题23。同时，光伏电源通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电流不平衡等电能质量问题。谐波的危害在电力系统中是多方面的，主要有24：容易导致继电保护误动作；引起谐振、过电压或过电流；增加输电线路、电动机的损耗等。 第三章 光伏发电并网系统计算理论 第三章 光伏发电并网系统的电能质量计算3.1 统一光伏发电并网系统的等值电路 1. 设计光伏发电并网系统等值电路模型的基本思考 （1)光伏发电并网系统分光伏电站、微网光伏发电并网系统、分布式光伏发电并网系统三种类。在光伏电站中把光伏电源与电
40、网电源并联作为负载电源，则其特点是电网的负载特性不变，本级电网短路特性随光伏电源发电功率而变化，但对上一级电网，仍可把光伏电站作为广义负载看待：在微网光伏发电并网系统中把光伏电源、柴油发电机等作为广义负载看，则其特点是电源短路特件和负载特性变化都很小：在分布式光伏发电并网系统中把光伏电源作为广义负载看，则其特点足电网的负载特性随光伏电源发电功率而变化，电源短路特性变化很小。根据以上分析，我们只要在仿真分析时，把各种情况归算为电源短路特性和广义负载的变化，则各种类光伏发电并刚系统可以用统一的等值电路表示。 (2)小容量(小于1MW)光伏电源一般接入0.4kV系统，大容量(大于1MW)光伏电源多是通过升压变压器接入1OkV系统，光伏电源大规模地接入10kV系统，光伏电源的随机性将影响高(11OkV或220kV)、中(10kV)、低(04kV)三级电压的稳定性电能质量和运行的终济性25，为此我们设计的等值电路包括高、中、低三个电压等级。2.统一光伏发电并网系统的等值电路2650Hz电磁波波长6000km，只要传输线路长度小于，高压传输线路部分可用线性无源双向对称的二端口网络表示。等值电路27如图2-4所示： 第三章 光伏发电并网系统计算理论 图2-4 统一的光伏发电并网系统等值电路图中：110kV高压输电线路送