光伏電能質(zhì)量問題和 最佳解決方案
摘要
分布式光伏并網(wǎng)后，經(jīng)常會出現(xiàn)開關(guān)跳閘、電壓降、低功率因數(shù)導(dǎo)致處罰等現(xiàn)象。本文分析了這些問題的原因，并對光伏逆變器制造商提供的解決方案進行了介紹和評論。最后，結(jié)合貝能在電能質(zhì)量管理方面的多年經(jīng)驗，給出了一個簡單且具有成本效益的解決方案。
關(guān)鍵字
光伏， 電能質(zhì)量， 河北貝能電氣
介紹
全球光伏累計裝機容量逐年加快。分布式光伏并網(wǎng)后，在為業(yè)主提供可再生能源的同時，主電路開關(guān)跳閘，電壓下降，甚至因功率因數(shù)降低等原因受到電網(wǎng)公司的處罰。投資回報率較低。
本文分析并討論了分布式光伏并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響、原因及常見解決方案，并基于貝能多年的電能質(zhì)量管理經(jīng)驗，提供了一種簡單、經(jīng)濟高效的解決方案。
分布式光伏對電能質(zhì)量的影響
分布式光伏的工作原理
分布式光伏系統(tǒng)由產(chǎn)生直流電的太陽能電池板和連續(xù)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的太陽能逆變器組成。逆變器直接連接到電網(wǎng)。
分布式光伏系統(tǒng)常見電能質(zhì)量問題
由于光伏逆變器是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電力電子設(shè)備，因此會引起一些電能質(zhì)量問題，例如剩余直流電和諧波。如果光伏逆變器沒有正確集成到電氣系統(tǒng)中，還可能導(dǎo)致三相不平衡或功率因數(shù)下降。
諧波問題
光伏逆變器通常使用PWM電路將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為受控交流電。該電路將控制逆變器輸出的幅度和頻率，以消除低次諧波，但會產(chǎn)生高頻諧波。浪。
如果高頻諧波與負(fù)載產(chǎn)生的諧波相結(jié)合，可能會發(fā)生諧振，導(dǎo)致電氣系統(tǒng)整體THDi升高，電容器補償柜內(nèi)保險絲熔斷，甚至主斷路器頻繁跳閘，嚴(yán)重影響業(yè)主的正常用電量。
三相不平衡問題
大量的單相光伏逆變器與三相電氣系統(tǒng)連接不均勻，會導(dǎo)致三相不平衡的問題。
在某些情況下，即使單相光伏逆變器在三相之間均勻連接，由于光伏板的方向不平衡，或者某個逆變器的光伏電池板被樹木遮擋等。輸出功率不均勻也會導(dǎo)致三相不平衡。
如下圖所示，如果左邊連接L1的太陽能電池板剛好被云層擋住，逆變器的輸出功率小于L2和L3，就會造成三相不平衡的電能質(zhì)量問題。
圖2 一相光伏逆變器接入三相電氣系統(tǒng)引起的三相不平衡問題
功率因數(shù)降低的問題
分布式光伏系統(tǒng)對電氣系統(tǒng)的整體功率因數(shù)有很大影響。如果處理不當(dāng)，不僅會影響業(yè)主的正常用電量，還可能面臨處罰，降低光伏系統(tǒng)的投資回報率。
如圖3所示，業(yè)主在安裝分布式光伏系統(tǒng)前，系統(tǒng)的有功功率為P，無功功率為Q，視在功率為S，系統(tǒng)功率因數(shù)為cosφ。安裝分布式光伏系統(tǒng)后：
- 光伏系統(tǒng)主要提供有功功率（P-P’），將業(yè)主的有功功率降低到P’;
- 如果無功補償控制器受諧波影響，或不能正常識別反向電流情況，則無功補償柜無法正確切換，使從電網(wǎng)獲得的無功功率從Q增加到Q’;
在這些綜合因素的影響下，功率因數(shù)從cosφ’降低。功率因數(shù)的降低不僅會削弱變壓器的承載能力，甚至?xí)痣妷合陆档痊F(xiàn)象，從而影響業(yè)主的正常用電量，使業(yè)主面臨處罰。
解決分布式光伏電能質(zhì)量問題的價值
- 提高電能質(zhì)量，保證電氣系統(tǒng)安全，降低電氣設(shè)備故障率，提高工作效率
- 降低變壓器的負(fù)載率，減少變壓器和線路的損耗，減少變壓器等電氣設(shè)備的投資
- 避免低功率因數(shù)造成的損失，確保光伏系統(tǒng)的優(yōu)勢
光伏系統(tǒng)投入使用后，需要盡可能將功率因數(shù)補償?shù)?，使S“盡可能接近P’。這不僅使所有者免于處罰，而且還因高功率因數(shù)而獲得獎勵。如圖4所示，車主因為功率因數(shù)高，獲得了716元的獎勵。
主流光伏逆變器功率因數(shù)補償解決方案總結(jié)
所有光伏逆變器制造商都提出了自己的無功補償解決方案，這表明光伏逆變器需要在為業(yè)主提供綠色能源的同時，面對分布式光伏帶來的無功補償問題。
- 不能同時解決諧波、三相不平衡和功率因數(shù)調(diào)節(jié)問題
- 光伏逆變器提供的無功補償功率容量有限，無法解決負(fù)載功率因數(shù)低的問題
- 光伏逆變器提供的無功補償有限，都需要增加各種CT、儀表或控制器，需要額外的設(shè)備和安裝成本
- 光伏的連接會影響原有無功補償系統(tǒng)的工作。所有光伏逆變器解決方案都忽略了其升級或控制，無法充分利用原有的無功補償系統(tǒng)。
分布式光伏系統(tǒng)需要哪些電能質(zhì)量解決方案
通過大量分布式光伏現(xiàn)場案例和大量光伏逆變器廠家的解決方案，我們不難摸出分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)需要什么樣的電能質(zhì)量解決方案：
- 要全面解決諧波、三相不平衡、無功補償?shù)入娔苜|(zhì)量問題
- 充分發(fā)揮原有無功補償系統(tǒng)的作用，降低投資成本
- 最大化光伏逆變器的優(yōu)勢并產(chǎn)生盡可能多的有功功率
- 精準(zhǔn)補償功率因數(shù)，在避免被罰款的同時，也能獲得獎勵
- 現(xiàn)場安裝、接線和調(diào)試盡可能簡單
河北貝能電氣分布式光伏電能質(zhì)量解決方案
針對分布式光伏系統(tǒng)的電能質(zhì)量要求，貝能提供的解決方案是將SVG和原有的無功補償系統(tǒng)結(jié)合成混合無功補償方案，為整個電氣系統(tǒng)提供諧波消除、三相不平衡調(diào)節(jié)和功率因數(shù)校正。
SVG容量的大小主要取決于負(fù)載對諧波消除和無功補償?shù)娜萘恳?，以及原無功補償系統(tǒng)的容量。
- 一站式解決諧波、三相不平衡、功率因數(shù)校正等電能質(zhì)量問題
- 無論光伏系統(tǒng)接入點是在無功補償系統(tǒng)的前端還是后端，SVG都可以充分利用原有的無功補償系統(tǒng)，盡可能將功率因數(shù)校正為1。
- SVG可提供繼電器開關(guān)或RS485接口直接控制電容，實現(xiàn)精確補償和快速響應(yīng)