分布式光伏并网系统运行中存在的问题

建筑电气ExistingProblemsdurinLIYingziSchoolofInformationandElectricalEngineeringofBofCivilEngineeringandAbstractBuildingintegraofexistenceofdistributedPVpowerplant.DistributedpowergridfromtheprevactivepowergridBecauseoftheioftheconnectedpowergridtovarproblemsduringtheoperationconnectedsystembasedontTypicalDesignofDistributedGen配电网的电能质量、潮流分布、短路电流、保护协质量；潮流计算；短路电流；保护装置；孤岛效应；根据国家能源局最新公布数据，2013年光伏电站新增装机容量12.1GW,分布式光伏新增装机容量0.8GW。截至2013年底，全国累计并网运行光伏发电装机容量19.42GW,其中光伏电站16.32GW,分布式光伏3.1GW。2014年规划的14GW光伏电站装现场考察不足、有关数据资料收集整理不够等原因，环境条件评估不足，如阴影、气候条件、酸碱环境当(包括材料防腐、支架强度)、标示不清等问题。 750http://www.jzdqneten6相供电电压偏差为标称电压的±7%;220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%、-10%。FigInfluenceofsinglepoin图1中，光伏在线路末端单点接入，△U=(PR统无功功率对电压稳定影响大；在低电压系统中，央主控和逆变器无功控制补偿结合的方法稳定电b.电压偏低时，采用容性无功补偿，如电容因数在超前0.98至滞后0.98范围内；10kV电压等光伏并网电压波动的频度可以按照1<r≤10(即每小时变动的次数在10次以内)考虑，光伏系短时间内骤降，最大可达到在1～2s内下降30%。超过2%,短时不得超过4%;其中由光伏系统引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%,短时不超过jzdq 2014年第11期ELECTRICITYa.采用PWM脉宽调制技术的光伏电源逆变器b.在变压器中性点串联电阻降低流过中性点的N线处积聚，使得N线发热，造成N线接地和开路情况。a.在逆变器中加控制器消除负序分量5。的交流量，对同步旋转坐标系PID(比例-积分-微分)控制器进行合适的参数设计，削弱负序分量。根据正序分量的无静差调节原理，采用2组PI(比例-积分)控制器，一组在与给定电压矢量同向光伏电站接入电网后，公共连接点的谐波电压应满足GB光伏电站接入电网后，公共连接点的谐波电压应满足GB/T14549-1993《电能质量公共电网谐波》的规定[²]。公用电网谐波电压限值要求如表1所示。可控，有效削弱零序不平衡输出电压的措施有降低变压器的漏阻抗；输出滤波电感连接在变压器一次侧；在无N线系统中，优先选用带△/Y变压器的逆变器5。如果逆变器不带变压器，则逆变器中可增加零序调节器对输出量进行补偿；如果逆变器带△/Y变压器，则其本身具有消除零序分量的特性，可合理设计电路结构和参数以减小零序分量，提高输出对电网标称电压电压总谐波畸变率电网标称电压电压总谐波畸变率不应超过其交流额定值的0.5%。谐波的危害表现为引起电气设备附加损耗和发谐波的危害表现为引起电气设备附加损耗和发a.利用改善变压器磁路饱和状况和合理选择变变压器的逆变器系统中，如果直流分量超过一定值，腐蚀；导致较高的瞬时电流峰值，可能烧毁熔断器， b.利用逆变器的实时电流跟踪谐波实现谐波抑制。通过控制逆变器IGBT,调节逆变桥输出的无功功率和谐波功率来控制电网侧电流。c.利用滤波器进行滤波。采用安装在交流侧的RLC无源滤波器过滤某一高次谐波。采用有源滤波器(APF)可以滤除高次谐波，同时还可以实现无功补偿。d.防止并联电容器组对谐波的放大，在电网中并联电容器组起改善功率因数、调节电压的作用。当谐波存在时，一定参数下电容器组会对谐波起放大作用，危及电容器本身和附近电气设备的安全。采取串联电抗器或将电容器组的某些支路改为滤波器，限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。e.并联装设静止无功补偿装置，可有效减小谐波量，抑制电压波动、电压闪变、三相不平衡，还可补偿功率因数。逆变器元件等效于电路中受控电压源或受控电流源，当多台同类型逆变器(内在电路和控制策略一致)直接并联运行时，会造成特定次数的谐波叠加，不同类型的逆变器会相互抵消谐波的注入四。解决此类问题一般采取同步控制、非同步控制和交错并联。同步控制是对并联运行的逆变器实施集中控制，实现信号同步。采取非同步控制时，则需要加大电感，利用控制策略来抑制低频的零序电流；另外利用隔离措施，在直流侧和交流侧加装隔离变压器。交错并联可以利用载波相位错开，每台逆变器输出电流高次谐波增大，总输出电流的高次谐波减少。如果建筑光伏的容量较大，并网处将不再是理想电压源，而是等效为一定的阻抗和大电压源的连接，如图2(a)所示。如果采用LC滤波，其等效电感减小了滤波电感的取值，而电容器的引人将会导致谐波的产生，等效电路如图2(b)所示。采取抑制措施是在并联电容处加阻尼电阻Ra,等效电路如图2(c)所示。图2中L,为逆变器输出滤波阻抗，L₂为并联线路阻抗或局部负载阻抗，Cr为滤波电容。在光伏并网系统中，高次谐波衰减很快，低次谐波的变化情况比较复杂。在低渗透率配电网中谐波畸变一般是个常值，而高渗透率配电网中的谐波畸变一般随接入的光伏电源逆变器个数增加而加重。当馈电线路阻抗值较大时，可使谐波衰减明显。为逆变器变压器电网了防止特定次数的谐波产生谐振，有必要限制光伏电源逆变器的容量。在实际运行中，光伏电源注入的谐波电流一般都能符合相关标准的要求。2对潮流计算的影响潮流计算是根据系统接线方式、参数和运行条件计算系统稳态运行状态下的电气量。光伏接入系统方案设计中规定应对设计水平年有代表性的正常最大/最小负荷运行方式、检修运行方式以及事故运行方式进行分析，必要时进行潮流计算。2.1节点特性表征潮流节点有4个物理量。节点注入有功功率P、无功功率Q、节点电压U、相位δ,一般给定两个变量，另外两个变量待求。PV节点的有功功率P和电压幅值U给定，相当于发电机母线节点。PQ节点的注入有功功率P和无功功率Q是给定的，相当于实际系统中的一个负荷节点。平衡节点是用来平衡全电网的功率，平衡节点的电压幅值U和相角δ给定，一个独立的电力网中只分布式光伏并网系统运行中存在的问题(李英姿)http://www.jadq.753光伏电源供出电流/kA光伏电源供出电流/kA主电源供出电流/kA设一个平衡节点。光伏并网逆变器常用的控制方式有电压控制、电流控制以及电压外环、电流内环双环控制等图。当电网电压受到扰动或出现不平衡时，电压控制的并网逆变器对电网呈现出低阻特性，可能会影响逆变器的运行；电流控制和双环控制方式是以逆变器输出电流为最终控制量，能够使逆变器获得很好的输出并且受电网电压影响较小。光伏并网逆变器采用电流控制和双环控制方式将会取代电压控制。对于电流控制型逆变器，其输出有功和注入配电网的电流是恒定的，视为PQ节点。若为电压控制型逆变器，则为输出有功和电压恒定的PV节点，当注入的电流达到边界值后转化为电流控制型来处理。对于电压要求较高且无功储备充足的光伏发电系统，可把光伏发电并网节点视为PV节点；对于电压要求相对较低的节点，可把光伏发电并网节点视为PQ节点；在MPPT的控制下视为无功为零的PQ节点。2.2潮流计算PQ型光伏发电系统所发出功率方向与负荷方向相反，潮流计算中以电能从电网流向负荷方向为正方向，则PQ型光伏发电系统正好反向，相当于负的负荷接至配电网中，其潮流计算模型为P=-Ps,PV型光伏发电系统注入有功P与接入节点电压V为已知，潮流计算模型为P=-Ps,U=Us。其中，P、Q,为光伏发电系统的输出功率，P、Q为配电网节点的功率，Us为光伏发电系统的电压，U为配电网节点电压。传统配电网潮流计算方法主要包括前推回代法、直接法、改进牛顿法等。目前出现了很多新的潮流计算方法可供选用。2.3网损计算如图1所示，当负荷功率大于光伏系统发电时，光伏功率抵消部分来自于电网的功率，使配电线路上损耗减少。当负荷功率小于光伏系统发电时，光伏系统向电网倒送功率，如果上网功率大于下网功率，系统的网络损耗将有可能增加9。当光伏接入容量小于线路负荷时，接入位置离电网母线越远，网损越小；接入点的负荷与光伏出力之差的绝对值越小，网损越小；接入容量大于线路所带754hitp:/wwwjzdqnetcn负荷时，接入位置离电源母线越远，网络损耗呈现增加的趋势。光伏接入配电网后，光伏并网节点类型、光伏发电容量、位置是影响配电网电压和潮流分布的三个重要因素。光伏发电系统的输出功率受天气变化影响很大，具有随机变化特性，使得系统潮流也具有随机性。计算设计水平年系统最大运行方式下，电网公共连接点和光伏电站并网点在光伏电站接入前后的短路电流，如短路电流超标，应提出相应控制措施。当无法确定光伏逆变器具体短路特征参数情况下，考虑一定裕度，光伏发电提供的短路电流按照1.5倍额定电流计算2。3.1三相和两相短路电流通常光伏逆变器可视为电流源，光伏系统产生的短路电流会随着光照的降低而降低。光伏系统接入后，公共连接点短路电流Ipcc=Ipcc+1.5In;并网点电流；Ipcc为光伏系统接入前公共连接点短路电流，由当地供电公司提供；In为光伏系统额定工作电流。光伏系统产生的短路电流如图3所示。 220/380V含隔离变压器的逆变器与系统中的配电变压器之间有时会额外形成接地回路，影响低压系图4为一单端供电的配电网结构，光伏电站接在a.当光伏系统下游F1点发生短路故障时，光伏系统接入对短路点的短路电流增益很明显，流过QA1和QA2的故障电流增大，断路器的过流保护动作，但QA2的速断保护和限时速断保护，其保护范围可能会延伸到下一条线路，引起其保护的误动，从b.当光伏系统出口F2点发生短路故障时，由于光伏电站的接入，流过保护装置QA3的故障电流减小，保护装置QA3的速断保护范围减小、限时速保护装置QA3的拒动或延时动作；c.当光伏系统上游F3点发生短路故障时，由于光伏电站的接入可能会引起保护装置QA3的反向d.当F4点发生短路故障时，光伏电站接入的e.当光伏电站接在母线B处时，对保护影响的图5所示光伏系统接入手拉手的环状配网，原有的双端电源供电网络，变为多端供电，保护配合和协图5PV接入手拉手环网若F1处发生故障，右侧保护QA5受系统提供短路电流影响，保护能够正常动作，左侧保护QA4受到光伏对短路电流的分流影响，使保护检测到的故障4.3低压配电线路对于高渗透率的光伏电源，馈电线路上发生短路故障时，若绝大部分短路电流由光伏电源提供，则会导致馈电线路无法检测出短路故障，断路器不光伏发电以220/380V电压等级接入公共电网时，并网点和公共连接点的断路器应具备短路瞬时、动作，瞬时跳开断路器，满足全线故障时快速可靠切光伏并网系统基本上都有完善的防孤岛检测，只要在2s之内能够解列，就能够消除对电网的影响[2。伏并网发电系统仍然向周围的负荷供电，从而形成一和频率，若电压和频率超出允许的范围，可能会对用户的用电设备造成损坏；孤岛效应发生时线路