基于光伏并网的电能质量控制系统

基于光伏并网的电能质量控制系统

刘晓峰

国华（河北）新能源有限公司 河北省张家口市 075000

摘要：光伏电力技术可以让我国的电力事业发展的更为科学更为绿色，在生产过程当中可以做到零污染，所以被广泛的推广在我国能源生产活动当中。虽然光伏发电技术具有广阔的发展空间，但是在工作过程当中仍然存在一些问题，主要是因为光伏发电容易受到环境的影响，尤其是太阳光照以及周围环境的温度变化，另外，在发展过程当中在并网环节逆变时电力器件的谐波含量比较高，降低了设备的使用寿命以及整个电网的稳定性，因此必须要加强这方面的研究，以此来提高我国电能质量控制的效率，促进我国电网的可持续发展。

关键词：光伏并网；电能；质量控制

引言：

随着我国经济的迅速发展，对于能源的需求也越来越大，尤其是在我国沿海地区，在这种形式之下必须要加强对能源的开发研究工作。电力资源是我国经济社会发展当中最重要的资源之一，我国传统的电力资源是通过煤炭资源进行转化，但是这种发电手段对于环境的污染比较大，不符合我国推行的可持续发展战略，而水力发电这种手段又容易受到季节的影响，具有不稳定性。在这种形式之下，光伏发电技术开始引进到我国电力事业当中，并且被迅速推广以及发展，但是这种发电技术也具有一定的限制，那就是只能在白天进行作业，不仅降低了设备的利用率，同时还不利于电网的稳定。本文所探讨的主要内容就是在光伏发电技术之下，如何做好光伏并网电能的质量控制工作，以此来提高我国供电的质量。

一、光伏并网对我国电力事业的重要意义

以光伏发电技术为基础的光伏电网对于我国电力事业有着重要的影响，也是缓解我国能源紧张的重要手段之一。光伏并网和其他电力发展事业相比而言，投资成本更低，建设周期更短，不需要占用大量的土地资源，可以迅速的投入到电力生产当中，所以相对而言的投资风险也是比较长的。另外，光伏并网的发电效率比较高，并且在运行过程当中所开展的日常维修保养也更加容易，各个运行设备之间的关联性比较小，可以基本实现独立运转，当发生故障的时候，通过利用孤岛检测的手段，将电网和其他设备的连接断开，从而进行快速的进行排查，不会影响到其他环节的运转。最后，光伏并网在环境方面的干扰力度也是比较小的，并且对环境没有十分苛刻的要求，在运行过程当中所产生的电磁是比较温和的，不会对周围的自然环境以及居民的生活造成严重的干扰^[1]。

二、并网光伏发电的系统研究

并网光伏发电的基础还是太阳能，通过半导体产生一种光伏效应然后将自然界当中的太阳能转化为电能，但是必须要在的太阳能非常充足的地区，或者是非常充足的时段之下才可以顺利进行，然后将收集到的太阳能储存到蓄电池当中进行充电^[2]。当光照不充足的时候，就可以将蓄电池当中的电能进行转换，比如变成交流电或者是直流电。光伏发电最明显的一个特点就是可循环利用的再生能源，对自然环境所造成的破坏比较小，而最突出的缺陷也就是容易受到自然光照的影响，输出的有功功率不稳定，根据一天的光照时间呈现出剧烈的波动，这一天中午12点到下午两点的功率是最大的。同时，并网光伏系统是需要稳定的电源输入，以及严格的电流源进行控制，从而对并网电压进行有效的跟踪，保证电流的稳定。整个并网光伏发电系统主要划分为三种类型，分别是独立光伏发电系统、并网光伏发电系统以及混合光伏发电系统。首先来看独立光伏发电系统，这一类系统主要运用在一些人烟比较稀少的偏远的山区或者是沙漠地区，在运行过程当中电量的稳定性将会直接受到环境的影响^[3]。在光照比较充足的时候，这种独立光伏发电系统就会有两个方面的运行，分别是负载供电和蓄电池充电，反之光照欠缺的时候，主要是蓄电池为主的负载供电。其次来看并网光伏发电系统，这种系统和独立光伏发电系统之间的区别，主要是体现在储蓄功能之上，因为并网光伏发电系统是没有储蓄电池的，它可以将电能直接通过逆变器进入到电网当中。在太阳光照比较充足的时候，逆转器可以正常的运行，并且将转化出来的电能供应给电网以及负载，如果太阳光照不足，只会全部纳入到电网当中，后续工作则由电网统一进行配电。最后则是混合型的光伏发电系统，这种混合型的光伏发电系统与前两种系统相比在稳定上的优势更加明显，因为在该系统当中运用了发动机组，在工作当中可以和光伏列阵相互配合，在光照不充足的情况之下也可以进行负载和电网供电质量方面的工作，增强了电能的质量^[4]。

光伏发电系统结构示意图

三、光伏发电系统对电能质量方面所产生的一些负面影响

如果要想获得较高的电能质量，所产生的电能必须是呈现出正弦波的，但是实际的发电效果是不能够达到这种现状的，只能够无限接近，如果接近的程度越高，那么说明电能的质量也就越高，反之则说明电能的质量比较低。很多因素都会影响到电能的质量，比如说电压的稳定性、收集过程当中的噪音、宽屏振动等等。相对于传统的石化发电而言，光伏发电系统虽然有较大的优势，但是仍然存在着一定的问题，比如谐波、电压以及孤岛效应等方面。

首先，来看电压方面的问题。电压方面的问题主要是体现在分布式的并网光伏发电系统当中，在该系统运行过程当中，需要为负载进行供电，以此保证功率之间的稳定。所以电流运行的潮流方向会不断产生新的变化，必须要通过保定定值进行再次调整，在这个过程当中，就导致系统的工作以及运行更加复杂，影响到了馈线电压调节设备的正常运转。

其次，来看谐波方面的问题。在并网光伏系统运行过程当中会进行电流之间的转换，也就是通过逆变器将直流电转变为交流电，而在这个过程当中需要电子元件进行支持，所以在电网当中容易产生谐波污染。当电网倍谐波污染之后，会增强电气系统的工作负荷，尤其是在多个逆变器共同工作之下，谐波的能量被放大，从而超出了正常的电能质量^[5]。

最后，来探讨一下孤岛效应方面的问题。在并网光伏发电系统当中由于线路短路或者是其他故障从而导致了系统和官网之间的脱节，光伏发电系统不能够正常的为电网提供电能，并且开始转向负载供电，从而形成了一种孤岛。在这种情况之下，所产生的电能质量是非常低的，并且电能的稳定性能也比较差，会导致电流之间出现较大的冲击，容易产生电力事故。

四、MPG-PQC系统的分析和探讨

该系统在运用过程当中，只需要一个电压型的逆变器设备，因此不需要谐波以及无功补偿进行额外的电路建设活动，而这方面的工作则可以通过无功检测这种手段完成。工作人员可以充分利用光伏列阵当中的正负输入值，快速接入升压变换器，在该设备的支持之下旁流二极管可以让光伏模块在没有任何太阳光照的情况之下也可以进行正常的工作，从而有效地解决了在夜间作业的时候阵列反充电这个问题^[6]。该系统运用当中最核心的内容就是跟踪算法，这种方法可以让光伏列阵形成最大的功率，并且合并网之间相互配合转化成一种电流指令，增加了转换过程当中直流电的稳定性，并强化整个逆变控制器的功能，达到光伏并发网和电能质量能够同步控制和发展。当太阳光照比较充足的时候，该系统所具备的功能主要有两种，也就是红电能输出和电能质量控制的同步发展，当太阳光线不充足或者是没有太阳光照的时候，只能够进行一项工作，那就是整个电能质量的控制活动。总的来说，该系统可以提高电能质量控制的效率，并且机械设备之间的损耗率也比较小，有利于减少建设成本的投资。在该系统的电压发展过程当中，电压型逆变器在工作当中也会发生故障，比如说在导通或者是关键环节当中，在这个时候就要充分利用数字模型，促进逆变器电路结构的转换，达到一个等效开关结构的效果，顺利的将直流母线电压转化为等效的直流母线^[7]。

光伏发电系统的逆变器结构运行

五、对MPG-PQC系统的无差拍复合控制进行分析和探讨

在光伏并网电能质量系统控制活动当中，通过无差拍的复合控制手段可以实现并网、无功以及谐波补偿方面的统一，通过逆变器做好各个电流方面的跟踪工作，比如说谐波电流或者是无功电流。整个复合控制系统主要涉及到的指令由信号计算，以及无差拍电流方面的跟踪控制活动。其中指令信号计算主要是指将运行过程当中光伏并网稳定输出的三种电流进行有机的统一，通过将无功电流，谐波电流以及有功电流结合起来形成一种复合控制型的电流指令。这种混合型的电流指令可以提高在工程活动当中比例系数的准确性，以便及时进行调节。通过应用这种手段，可以提高直流测方面的稳定性，以此来保证光伏板可以输出最大功率，形成正确的有红信号，完全准确的谐波检测工作。在该系统当中，电压源形电流控制也包括逆变器方面的控制活动，因为它会涉及到电压输入输出方面的工作，能够根据具体的输出电流下达相关的指令电流^[8]。

六、相关的实验分析

在本篇文章的研究分析基础之上，通过相关的实验来证实光伏网当中电能质量控制系统的可实施性，主要运用的实验软件是电子领域方面的专业化仿真实验软件PSIM，对光伏电网电能质量控制系统进行进一步的分析。所设计的系统参数主要有以下内容，首先是三相交流电源的实验参数设置在380V、50Hz，另外在电网阻抗方面的设计参数是0.1欧姆、0.2nh^[9]。其次，在负债模式当中基波的电流控制在12A，整个功率大概保持在0.7，不同谐波电流的次数所对应的电流量也是不同的，比如说当谐波电流的次数为五次，电流量控制在5A，当谐波电流的次数为13次的时候，则应该控制在3A。最后，整个直流侧电压应该保持在750V左右，然后逆变器的电感应该控制在0.5nh之间。并网工作应该在整个系统开始运行的0.2秒之后开展，然后并进行同步的电能质量调节，可以发现在0.4s之后有功电流就已经开始输出了，并且出现了非线性的负载，电网的运行并不稳定，主要是因为产生了谐波污染，所以必须要进行电能方面的质量调节，经过并网调解之后电网中的电流开始恢复正常，电流输入也符合基础数据。而这就证明了，该系统对于电网电流具有一定的调节功能，在电网承受负荷过大的时候或者是产生谐波污染的时候，可以分担电网的任务

^[10]。谐波等各方面调节图

七、结束语

综上所述，电力是我国社会主义建设活动当中的基础因素，也是我国最重要的能源之一，所以必须要不断加强在这方面的研究工作，做好电能质量控制系统的研究，提高我国电力输出的质量。国内研究工作者要坚持数据和实验的原则，切实的考察在光伏并网的基础之上电能质量控制系统运行的可行性，运行的效率，从而最大限度的提高太阳能转换电能的质量。MPG-PQC该系统可以完善电网的功能，稳定电网的电流，应该加大这方面的技术推广，不断拓展应用的前景，充分发挥出在电力事业方面的突出优势。

参考文献：

[1]刘乾易, 李勇, 胡斯佳, et al. 应用变压器集成滤波技术的光伏并网系统电能质量治理方法[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(10).

[2]刘乾易, 李勇, 胡斯佳, et al. Power Quality Management of Photovoltaic Grid-connected System Based on Transformer Integrated Filtering Method%应用变压器集成滤波技术的光伏并网系统电能质量治理方法[J]. 中国电机工程学报, 2019, 039(010):2946-2953.

[3]谭笑, 旷灵毓. 分布式光伏发电并网系统的电能质量问题研究[J]. 数码世界, 2019(4).

[4]骆子健, 宋幸航. 光伏微电网并网逆变器的反步控制研究[J]. 电力科学与工程, 2019(7):49-54.

[5]徐宏, 孙换春, 徐靖东, et al. 基于光伏并网点实测数据的谐波评估[J]. 电气技术, 2019(6).

[6]刘念祖, 耿琦, 王心怡, et al. 基于FBD法的分布式光伏并网系统谐波检测方法[J]. 电子设计工程, 2019, 27(24):47-50.

[7]汤旻安, 高晓红. 不平衡电网电压条件下光储微电网并网控制[J]. 高电压技术, 2019, 45(6).

[8]李畸勇, 胡恒, 王纪港, et al. 光伏发电系统实验平台电能质量监测系统设计%Design of power quality monitoring system for experimental platform\r of photovoltaic power generation system[J]. 实验技术与管理, 2019(8).

[9]王琪, 张长征, 舒泳皓. 含光伏电源的新型电气化铁道电能质量调节器[J]. 电力电容器与无功补偿, 2019(4).

[10]薛钟兵, 黄俊. 高渗透率光伏接入对电网运行的影响及对策研究[J]. 电气时代, 2018(11).