分布式光伏电能质量问题的影响及治理方法_吴庆.pdf

分布式光伏电能质量问题的影响及治理方法*吴 庆1,王 飞1,周 涛1,郭 磊2(1.国网湖北省电力有限公司荆州供电公司,湖北 荆州4 3 4 0 0 0;2.长江大学物理与光电工程学院,湖北 荆州4 3 4 0 2 3)摘 要:能源问题是世界各国的共同难题,我国非常重视可再生能源的发展,可再生能源是政策导向型产业。我国幅员辽阔、光照充足,在光伏发电方面具有得天独厚的优势,因此我国是光伏发电大国,其中分布式光伏发电发展最为迅猛。但分布式光伏发电也带来了一定的电能质量问题,解决好电能质量问题是安全平稳供电的基础和保障。因此,根据国内外学者的研究,介绍了分布式电源并网引发的电能质量问题,包括谐波污染、三相不平衡、电压偏差、频率偏差等,然后分析了分布式光伏发电并网的关键技术,最后阐述了分布式光伏发电提高电能质量的未来规划,希望能够对相关从业人员提供一定的理论借鉴和研究方向。关键词:分布式光伏发电;电能质量;关键技术;未来发展中图分类号:TM 6 1 5 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 5 0T h e I m p a c t a n dT r e a t m e n tM e t h o d so fD i s t r i b u t e dP h o t o v o l t a i cP o w e rQ u a l i t yP r o b l e m s*WU Q i n g1,WAN GF e i1,Z HOUT a o1,GUOL e i2(1.J i n g z h o uP o w e rS u p p l yC o m p a n y,S t a t eG r i dH u b e iE l e c t r i cP o w e rC o m p a n y,J i n g z h o u4 3 4 0 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o fP h y s i c sa n dO p t o e l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g,Y a n g t z eU n i v e r s i t y,J i n g z h o u4 3 4 0 2 3,C h i n a)A b s t r a c t:E n e r g yp r o b l e mi sac o mm o np r o b l e mi nt h ew o r l d.C h i n aa t t a c h e sg r e a t i m p o r t a n c e t ot h ed e v e l o p m e n to f r e-n e w a b l ee n e r g y,a n dr e n e w a b l ee n e r g y i s ap o l i c y-o r i e n t e d i n d u s t r y.C h i n ah a s av a s t t e r r i t o r y,s u f f i c i e n t l i g h t,a n dh a su-n i q u ea d v a n t a g e s i np h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o n,s oC h i n ai sal a r g ep h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o nc o u n t r y,o fw h i c hd i s t r i b u t e dp h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o nh a sd e v e l o p e dm o s t r a p i d l y.H o w e v e r,d i s t r i b u t e dp h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o na l s ob r i n g sc e r t a i np o w e rq u a l i t yp r o b l e m s,a n ds o l v i n gt h ep o w e rq u a l i t yp r o b l e mi s t h eb a s i sa n dg u a r a n t e e f o r s a f ea n ds t a b l ep o w e rs u p p l y.T h e r e f o r e,a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ho fd o m e s t i ca n df o r e i g ns c h o l a r s,t h ep o w e rq u a l i t yp r o b l e m sc a u s e db yd i s t r i b u t e dp o w e r s u p p l y i n t e g r a t i o na r e i n t r o d u c e d,i n c l u d i n gh a r m o n i cp o l l u t i o n,t h r e e-p h a s e i m b a l a n c e,v o l t-a g ed e v i a t i o n,f r e q u e n c yd e v i a t i o na n do t h e r a s p e c t s.T h e n,t h ek e y t e c h n o l o g i e sd i s t r i b u t e dp h o t o v o l t a i cp o w e r g e n e r a t i o ng r i dc o n n e c t i o na r ea n a l y z e d.F i n a l l y,t h ef u t u r ep l a n n i n go fd i s t r i b u t e dp h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o nt oi m p r o v ep o i n tp o w e rq u a l i t y i se x p o u n d e d,h o p i n gt op r o v i d eac e r t a i nt h e o r e t i c a l r e f e r e n c e sa n dr e s e a r c hd i r e c t i o n s f o rr e l e v a n tp r a c t i-t i o n e r s.K e yw o r d s:d i s t r i b u t e dp h o t o v o l t a i cp o w e rg e n e r a t i o n;p o w e rq u a l i t y;k e yt e c h n o l o g y;f u t u r ed e v e l o p m e n t基金项目:国网湖北省电力有限公司科技项目(编号B 3 1 5 J 4 2 2 16 1 0)收稿日期:2 0 2 2-0 8-0 9作者简介:吴庆(1 9 8 2-),高级工程师,研究方向为电力系统保护及其自动化。0引言近年来,能源危机背景下的可再生能源迅猛发展,我国的光伏发电技术取得了卓越的成果,为解决我国的能源问题贡献了巨大力量。在我国,光伏发电在清洁能源发电中有着举足轻重的地位,国务院和地方政府都大力支持光伏发电的研究和应用,从2 0 2 0年确定“双碳”目标,至2 0 2 1年确定新能源的主体地位,再到2 0 2 2年国家加大对光伏项目的支持,无不体现着国家政策对光伏发电的重视1。然而光伏发电需要大面积的场地来铺设太阳能板,投资较大,因此分布式光伏发电成为目前的发展趋势,分布式光伏发电可以降低成本2,增加居民收益3,减少输电过程中的电能损失4。但同时分布式电源也容易引发电能质量问题,例如电能利用率低、谐波污染、三相不平衡、波形畸变等5,因此重视分布式光伏发电带来的电能质量问题非常有必要,对清洁能源的发展有重要意义。1分布式电源并网引发的电能质量问题“十四五”规划中指出,清洁能源是未来能源体系的核心能源。未来光伏发电的比例会越来越高,分布式电源的比重也会不断提升。但是这种比较先进的发电技术,也给电能质量带来了一些问题6。761系统解决方案 电工技术 1.1谐波污染大量分布式电源的引入会使电网产生大量的谐波,导致电压和电流的波形发生畸变,会对电网的安全稳定性产生影响。荣雅君等人7在2 0 0 8年研究了分布式电源并网的谐波分析方法,用最小二乘法、小波变换法、F F T法等方法分析了谐波问题,指出谐波危害较大,测量分布式电源引发的谐波十分有必要,要重视谐波污染问题。王白根8在2 0 1 7年分析了分布式电源并网引发的电能质量问题,指出谐波污染的程度与功率变换器与电源的连接结构有很大的关系,受谐波的影响,可能还会产生电压共振、电压变形超标等问题,因此在实践中要注意模拟确认电源带来的谐波影响。刘响9在2 0 1 7年研究了有源配电网中多分布式电源的谐波影响问题,指出分布式电源渗透率越来越高,给国家电网带来的电能质量问题也越来越多,因为分布式电源的并网也带来了大量的电力电子设备,增加了电网中的非线性设备,会产生配电网的谐波污染问题,同时还建立了追踪模型,能够准确追踪各分布式电源所产生的谐波。李玮等人1 0研究了分布式电源并网谐波的抑制方法,得到了一种谐波的自动控制方法,可以对谐波污染进行检测和抑制。分布式电源逐步发展至今,谐波污染仍然是一个待解决的问题,学者们也不断提出预测算法和抑制算法以解决谐波污染问题,但是都有相应的缺点和局限。在未来,越来越先进的统一电能质量控制器1 1-1 3将作为解决谐波污染的主流方法,补偿电压的畸变分量,抑制非线性电子元器件的谐波电流,能有效避免谐波污染电网。另一方面,它的综合功能也会进一步提升,特别是在多重补偿和快速检测方面。1.2三相不平衡三相不平衡是指电网的三相线上的电流幅值不一致,相位较标准值有偏差,分布式电源大都有间歇性、随机性的缺点,分布式电源有许多都是单相电源,这些都会加剧电网的三相不平衡问题。三相不平衡是评价电网电能质量最重要的指标之一。张泉等人1 4在2 0 1 7年研究了分布式电源的接入给电网带来的三相不平衡问题,指出分布式电源的接入会使三相不平衡问题更加严重,此外还给出了解决三相不平衡的具体方法,对分布式电源的发展有积极意义。苏向敬等人1 5在2 0 2 0年研究了一种针对分布式电源的直接潮流算法,该算法能够反映微电网的特征和现实状态,对三相不平衡微电网的潮流计算问题提供了一种解决办法。吴越1 6在2 0 2 2年研究了数量较大的分布式电源接入电网的影响,通过仿真得出了多个分布式电源的加入会使三相不平衡问题明显加重,可能会对其他用户造成影响。刘科研等人1 7在2 0 2 1年研究了分布式电源接入模式下,电网的不平衡线损计算方法,建立了D P G线损模型,并验证了可行性,对分布式光伏发电系统线损的计算方法提供了一种先进思路。三相不平衡会使损耗变高,线路使用寿命缩短,甚至会威胁电网的安全运行。容易加剧三相不平衡是分布式光伏发电的一大缺点,国内外学者针对这个问题给出了大量解决思路和方法,但是还没有完美的解决办法,未来仍有较广阔的研究前景。预测和抑制三相电压不平衡智能化、快速化,与深度学习、神经网络等相结合是一种必然的趋势。1.3电压偏差电压偏差是指电网的实际电压与标准电压之间的差值。接入分布式电源相当于在负载侧接入了电源,一定程度上降低了电网中