并网光伏发电系统对电网电能质量的影响

0引言
 

随着清洁能源技术的持续进步，光伏发电作为一种关键的可再生能源，正逐步成为电力系统不可或缺的组成部分。然而，将并网光伏发电系统与传统电网相连接，可能会对电网的电能质量造成一定影响，包括但不限于电压波动、频率偏差以及谐波干扰等问题。本文旨在深入探讨并分析并网光伏发电系统对电网电能质量的影响，并寻求有效的改进措施，以期提升电网电能质量，确保清洁能源的稳定并网。

 

1并网光伏发电系统介绍

并网光伏发电系统利用光伏效应，将太阳辐射能转换为电能。在实际应用过程中，通过有效控制光伏电池的电流与电压，能够确保电能的稳定输出，从而向电力系统提供清洁能源。

并网光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、电压及充电控制系统、蓄电池、并网逆变器、计量与切换控制装置以及220V电网构成。太阳能电池阵列的作用是将太阳辐射能转化为电能，而电压及充电控制系统则确保电池组的充电状态稳定。蓄电池在系统中扮演充放电的角色，储存过剩的电能以备不时之需。并网逆变器负责将直流电能转换为交流电能，实现系统与220V电网的连接，为家庭用电提供清洁能源。计量与切换控制装置监测系统运行状态，并在必要时切换电源，确保系统的可靠性和安全性。整个系统构成一个完整的并网光伏发电网络，能够为家庭提供稳定的220V交流电源。

 

2并网光伏发电系统与电网电能质量的关系

光伏发电系统与电网电能质量紧密相关，主要体现在直流注入和逆变器运行上。太阳能电池将太阳辐射转换为直流电注入电网，此过程可能影响电网电压稳定性且天气和系统容量变化也会随着直流电注入影响电网稳定。逆逆变器将直流电转换为交流电，是光伏系统与电网连接的重要环节。其运行可能产生谐波和电压波动，这些因素会直接影响电网的稳定性和性能。

 

3影响并网光伏发电系统电能质量的因素分析

3.1天气条件

气候条件对并网光伏发电系统的效能具有显著影响。太阳辐射的强度及其持续时间直接作用于光伏电池阵列的发电效率。在日照充足的情况下，光伏系统能够产生较多的电能；反之，在日照不足的情况下，发电效率会降低，进而导致系统整体性能的下降。

温度作为天气状况的关键因素之一，其上升会导致光伏电池的运行效率降低，进而减少电力产出。此现象源于太阳能电池的发电效率与温度之间存在负相关性。因此，在高温环境下，系统的发电效能亦会遭遇一定程度的限制。

电网电能质量可能因异常天气变化而波动。极端天气如风暴和暴雨会影响电网，进而干扰光伏发电系统的运行。这些天气突变会引起系统功率波动，对电网电能质量产生瞬时影响。

3.2光伏发电系统容量

光伏发电系统的容量影响其发电效率和产量，而光伏发电系统的容量大小与光照充足的发电功率直接相关。系统容量越大，发电功率越高，需要的光伏电池数量也越多，从而提升整体效率。例如，在相同光照下，100kW系统比50kW系统的发电功率高。系统容量的合理选择对连接电网和功率稳定性至关重要。容量不足会限制发电潜力，而容量过大可能导致电网无法吸收所有电能，引起功率波动。因此，选择容量时需考虑系统需求和电网能力。

3.3电网结构

电网结构对并网光伏发电系统的运行至关重要，其可靠性与稳定性直接影响系统的并网运行和电能质量。不同结构的电网在稳定性上存在差异，影响发电系统的接入和电能质量。如，微电网结构更适合接入光伏发电系统，提供更高的接纳能力。电网的灵活性和智能化程度对光伏系统有显著影响。采用智能感知和响应技术智能化电网结构能快速、精准地响应光伏系统变化，通过智能调度和控制提高电能质量，减少对电网的冲击。

3.4并网控制策略

并网控制策略是光伏系统与电网协同工作的核心，它决定了系统的稳定性和电能质量。合理的并网控制策略能减少光伏系统对电网的冲击，提升电能质量。通过有效的功率调节和响应机制，可以降低电能质量波动和电网频率变化，采用先进的功率调节算法和电能储存技术，可以在短时间内处理光伏功率波动，维持电网稳定。并网控制策略的选择对光伏系统与电网之间的功率匹配有重要影响，合理的控制策略能实现光伏系统输出功率与电网负荷需求的动态匹配，提高能源利用率，减轻电网调度压力。智能化的功率点追踪技术和实时功率调整策略能更精准地控制光伏系统输出功率，适应电网负荷变化。

 

4并网光伏发电系统电能质量的改进方法

4.1光伏发电系统并网控制技术的优化

优化光伏发电系统的并网控制技术对提升电能质量至关重要。采用模型预测控制等高级电流控制算法可以减少电网谐波注入和电流畸变。MPC算法通过精确建模系统动态特性，预测电流波形并实时调整逆变器输出，以降低电流谐波。同时，引入无感知电压调整的控制方法可以精准调节电网电压，通过实时监测和调整逆变器输出，与电网电压同步，从而降低电压波动并提高系统与电网的匹配度。

4.2 电能质量补偿装置的应用

电能质量补偿装置在提升并网光伏发电系统的电能质量中起着至关重要的作用。智能集成式谐波抑制电力电容补偿装置通过提高功率因数和降低谐波含量来改善电能质量。该装置通过串联不同电抗器来适应电气环境，分别适用于不同频率的谐波抑制。它还配备了功率因数自动补偿控制器，通过RS-485接口与外部设备通信，实时监测和优化电能质量。此外，装置采用晶闸管动态投切开关，具备多种保护功能，确保系统的稳定性和可靠性。

4.3 高效逆变器设计与改进

为提升光伏发电系统的电能质量，逆变器的设计和改进至关重要。创新的光伏并网逆变器通过优化电路结构和智能控制模块，有效抑制共模电流，提高电能质量。电路设计中，开关管、电容和电阻的精确配置以及续流回路的引入，确保了共模电压的稳定和共模漏电流的降低，增强了系统安全。控制模块方面，DSP模块与逆变电路的紧密配合，通过精确控制算法提升系统稳定性和响应速度。驱动电路的加入，如使用TLP250芯片，进一步增强了系统的可靠性和抗干扰能力。此外，逆变器还配备了多种检测电路，实时监测电压、电流和功率因数等参数，以适应电力系统的变化。

 

5安科瑞产品选型

 

6结论

并网光伏发电系统，作为清洁能源，向电网提供可再生能源，同时带来电能质量挑战。文章提出优化并网控制技术、应用电能质量补偿装置、设计高效逆变器等。这些方法能提升系统电能质量，优化电力系统性能，减少对电网的负面影响，增强电力系统的可靠性、稳定性和可持续性。

参考文献

[1]钟新熙.并网光伏发电系统对电网电能质量的影响分析

[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6月版

[3]安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.11月版

审核编辑 黄宇