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解析我国光伏发电站电能质量状况
2023/6/19
1光伏发电站发电原理以及接入电网方法
太阳的光子照射到不均匀的半导体或者金属与半导体结合的不同位置产生了电位差。根据能量之间的转化，其过程就是由光子转化为电子，光能转化为电能的过程;由于电位差形成电压，通过连接形成电流的回路，我们把这个称为光伏效应，同时这也是光伏发电站发电的原理。
根据电压等级可以将光伏发电站分为三类：一是接入电压等级为66KV及以上的电网的光伏发电站称为大型光伏发电站;二是接入电压等级为10～35KV电网的光伏发电站称为中型光伏发电站;三是接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏发电站称为小型光伏发电站。光伏发电站由四个部分组成：光伏电池阵列、逆变器、升压变压器、控制保护装置，其发电以及接入电网的过程就是首先通过光伏电池阵列将光能转变为电能，电能以直流电的形式通过逆变器转变为交流电输出，此时的交流电是低压交流电，然后通过升压变压器将交流电的电压升压接入电网。一个光伏发电站的发电功率通过此发电站的光照量来衡量。光伏发电受环境的影响造成存在高次谐波含量和发电功率不稳定性，从而影响到光伏发电的电能质量。
2光伏发电站产生谐波对电网的主要影响
2.1高次谐波含量
通过测量研究表明，电力系统中的三相交流发电机输出的电压的波形通常情况下为正弦波，所谓的正弦波就是波形中近似无直流及高次谐波的分量。对于基波就是对称分量，三相向量之和为零，这样就对外不会形成电磁场。但是对于谐波电流的分量的三相向量之和不等于零，会形成强大的磁场，对光伏发电站的电能质量产生影响。高次谐波源向整个电网注入了整倍于基波频率的谐波电流。谐波电流在电网上产生谐波降压，必然会导致整个电网电压和电流的波形产生变化，直接导致了光伏发电站电能质量的不断下降。
研究发现，光照强度对于光伏发电站输出的谐波影响显著。光伏发电站中通常采用的脉冲宽度调制技术将直流电转化为交流电的过程中都会产生不同的谐波。由于采用脉冲宽度调制技术的逆变器主要目的就是为了降低低频次谐波含量对电网的电能质量的影响，但同时也丢失了压制高频次谐波含量的能力，导致谐波中的低频次的含量低。
2.2发电功率的不稳定性
光照强度对于光伏发电站的输出功率同样存在着巨大的影响。光伏发电的输出功率具有波动性、间歇性、周期性这三个主要特点，这就造成了对电网电压的波动闪变。尤其是光伏发电在如今发电形式的比例越来越重要的情况下，它的三个主要特点对用电电网的调节影响也会越来越明显，很有可能造成整个电网频率的上下波动。
3提高光伏发电电能质量的技术措施
3.1提高并网点短路容量
通过提高光伏发电站并网电压等级并选择短路容量水平比较高的变电站作为电站接入点，既提高电压的波动与闪变，又能提高电压的不平衡度和谐波等指标的合格率。
3.2电能控制装置在光伏发电系统中的应用
传统的电网电能质量治理装置在光伏发电系统中依然使用，例如APF、DSTATCCOM和SVC等同样可用于大规模的光伏发电站作为无功补偿和谐波治理装置。同时，光伏微源本身具有功率响应积极、有功无功分别可调等优点，可以担当一定的电能质量调节任务，与电能质量治理装置联合使用，从而改善电能质量。
3.3增加一定的调压设备
根据谐振原理，通过滤波电路对需要消除的高次谐波进行调谐，使之发生谐振。
4结语
光伏发电技术依旧是一个相对较新的研究领域，人们需要不断地探索总结去提高光伏发电站的电能质量，同时把光伏发电这一绿色环保的新能源作为今后的主要能源。通过本文可以了解光伏发电站接入电网后主要的电能质量问题是谐波。谐波注入是否合格是由接入点的短路容量、接入光伏站的容量以及逆变器注入电网的谐波电流决定的。
太阳的光子照射到不均匀的半导体或者金属与半导体结合的不同位置产生了电位差。根据能量之间的转化，其过程就是由光子转化为电子，光能转化为电能的过程;由于电位差形成电压，通过连接形成电流的回路，我们把这个称为光伏效应，同时这也是光伏发电站发电的原理。
根据电压等级可以将光伏发电站分为三类：一是接入电压等级为66KV及以上的电网的光伏发电站称为大型光伏发电站;二是接入电压等级为10～35KV电网的光伏发电站称为中型光伏发电站;三是接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏发电站称为小型光伏发电站。光伏发电站由四个部分组成：光伏电池阵列、逆变器、升压变压器、控制保护装置，其发电以及接入电网的过程就是首先通过光伏电池阵列将光能转变为电能，电能以直流电的形式通过逆变器转变为交流电输出，此时的交流电是低压交流电，然后通过升压变压器将交流电的电压升压接入电网。一个光伏发电站的发电功率通过此发电站的光照量来衡量。光伏发电受环境的影响造成存在高次谐波含量和发电功率不稳定性，从而影响到光伏发电的电能质量。
2光伏发电站产生谐波对电网的主要影响
2.1高次谐波含量
通过测量研究表明，电力系统中的三相交流发电机输出的电压的波形通常情况下为正弦波，所谓的正弦波就是波形中近似无直流及高次谐波的分量。对于基波就是对称分量，三相向量之和为零，这样就对外不会形成电磁场。但是对于谐波电流的分量的三相向量之和不等于零，会形成强大的磁场，对光伏发电站的电能质量产生影响。高次谐波源向整个电网注入了整倍于基波频率的谐波电流。谐波电流在电网上产生谐波降压，必然会导致整个电网电压和电流的波形产生变化，直接导致了光伏发电站电能质量的不断下降。
研究发现，光照强度对于光伏发电站输出的谐波影响显著。光伏发电站中通常采用的脉冲宽度调制技术将直流电转化为交流电的过程中都会产生不同的谐波。由于采用脉冲宽度调制技术的逆变器主要目的就是为了降低低频次谐波含量对电网的电能质量的影响，但同时也丢失了压制高频次谐波含量的能力，导致谐波中的低频次的含量低。
2.2发电功率的不稳定性
光照强度对于光伏发电站的输出功率同样存在着巨大的影响。光伏发电的输出功率具有波动性、间歇性、周期性这三个主要特点，这就造成了对电网电压的波动闪变。尤其是光伏发电在如今发电形式的比例越来越重要的情况下，它的三个主要特点对用电电网的调节影响也会越来越明显，很有可能造成整个电网频率的上下波动。
3提高光伏发电电能质量的技术措施
3.1提高并网点短路容量
通过提高光伏发电站并网电压等级并选择短路容量水平比较高的变电站作为电站接入点，既提高电压的波动与闪变，又能提高电压的不平衡度和谐波等指标的合格率。
3.2电能控制装置在光伏发电系统中的应用
传统的电网电能质量治理装置在光伏发电系统中依然使用，例如APF、DSTATCCOM和SVC等同样可用于大规模的光伏发电站作为无功补偿和谐波治理装置。同时，光伏微源本身具有功率响应积极、有功无功分别可调等优点，可以担当一定的电能质量调节任务，与电能质量治理装置联合使用，从而改善电能质量。
3.3增加一定的调压设备
根据谐振原理，通过滤波电路对需要消除的高次谐波进行调谐，使之发生谐振。
4结语
光伏发电技术依旧是一个相对较新的研究领域，人们需要不断地探索总结去提高光伏发电站的电能质量，同时把光伏发电这一绿色环保的新能源作为今后的主要能源。通过本文可以了解光伏发电站接入电网后主要的电能质量问题是谐波。谐波注入是否合格是由接入点的短路容量、接入光伏站的容量以及逆变器注入电网的谐波电流决定的。
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