對(duì)于電能質(zhì)量治理領(lǐng)域而言，一個(gè)新市場(chǎng)正在興起，那就是光伏發(fā)電市場(chǎng)。它已經(jīng)替代風(fēng)電成為迅速成長(zhǎng)的新興市場(chǎng)。 

毫無疑問，我國(guó)光伏行業(yè)正在經(jīng)歷一場(chǎng)艱難的調(diào)整。經(jīng)濟(jì)低迷以及多國(guó)發(fā)起的“雙反”調(diào)查，讓其一直以來賴以生存的原有國(guó)際市場(chǎng)岌岌可危;過度擴(kuò)張、市場(chǎng)萎縮雙重作用下爆發(fā)的產(chǎn)能過剩也讓其產(chǎn)品價(jià)格直線下降，經(jīng)營(yíng)舉步維艱。但也正是如此，才激發(fā)了國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)的快速啟動(dòng)。國(guó)家出臺(tái)了一系列從規(guī)范光伏行業(yè)發(fā)展到鼓勵(lì)光伏電站建設(shè)、并網(wǎng)的的扶持政策，我國(guó)國(guó)內(nèi)光伏電站建設(shè)市場(chǎng)大幕開啟。 

而一旦并網(wǎng)就意味著電站所發(fā)電量需要滿足電力系統(tǒng)的質(zhì)量要求，作為一種不穩(wěn)定的可再生能源，光伏發(fā)電為電能質(zhì)量治理開設(shè)了新課題。 

新能源新課題 

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常分兩大類：一是獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，二是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。前者主要用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，解決缺電困境;后者可以直接并網(wǎng)，也可以自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，并且電網(wǎng)為用戶提供備用。據(jù)悉，全世界的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)比例已達(dá)80%以上，光伏并網(wǎng)無疑是一種未來發(fā)展趨勢(shì)，由此也帶來一系列的電能質(zhì)量問題。

“光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題主要包括諧波、電壓波動(dòng)、閃變等，影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。”西安交通大學(xué)教授卓放告訴記者。 

據(jù)介紹，由于受天氣、環(huán)境溫度、光伏板安裝位置等因素影響，光伏電站的輸出功率會(huì)有所變化，最大變化率甚至超過額定量的10%，因此產(chǎn)生了發(fā)電量的不穩(wěn)定問題，會(huì)對(duì)饋入電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響。 

光伏電站的并網(wǎng)需要應(yīng)用到逆變器，這一產(chǎn)品的控制技術(shù)與光伏發(fā)電饋入電網(wǎng)的品質(zhì)也密切相關(guān)。目前，為最大利用逆變器容量和最大發(fā)電量，廠家會(huì)將并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)設(shè)定在0.99。但隨著光伏電站裝機(jī)容量的增加，由于光伏發(fā)電的功率波動(dòng)性，逆變器的高功率因數(shù)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成威脅，有功不變時(shí)，無功幾乎不能調(diào)節(jié)，需要額外的無功來維持電壓。另外，逆變器輸出輕載時(shí)，諧波會(huì)明顯變大，在10%額定出力以下時(shí)，電流的總諧波畸變率甚至?xí)�達(dá)到20%以上。 

在有些光伏電站可能會(huì)采用多個(gè)逆變器控制運(yùn)行，也可能會(huì)遇到多臺(tái)逆變器之間的孤島保護(hù)問題。當(dāng)光伏電站容量相對(duì)于負(fù)載比例小時(shí)，電網(wǎng)消失后，電壓、頻率會(huì)快速衰減，孤島可以被準(zhǔn)確檢測(cè)。但當(dāng)光伏電站容量加大后，特別是電站所采用并網(wǎng)逆變器由不同廠商生產(chǎn)、屬于不同類型時(shí)，可能會(huì)互相干擾，在出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載基本平衡時(shí)，孤島檢測(cè)的時(shí)間會(huì)明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測(cè)失敗。 

大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)還會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響，如果處理不當(dāng)會(huì)影響到系統(tǒng)的電壓形態(tài)、網(wǎng)損、短路電流、頻率控制等。

光伏發(fā)電功率隨日照強(qiáng)度變化對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷特性產(chǎn)生影響，它的接入改變了電網(wǎng)潮流方向，將對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)的規(guī)劃、調(diào)度運(yùn)行方式產(chǎn)生影響。而且光伏發(fā)電單位不具有調(diào)度自動(dòng)化功能，加大了電網(wǎng)控制與調(diào)度運(yùn)行的難度。若大量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)終端，將加劇電壓波動(dòng)，可能引起電壓/無功調(diào)節(jié)裝置的頻繁動(dòng)作;而若高比例光伏發(fā)電系統(tǒng)引入，將使得配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變成雙端甚至多端網(wǎng)絡(luò)，從而改變故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間等，影響到系統(tǒng)的保護(hù)。

眾所周知，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)按照接入的方式和規(guī)模又可以分為集中式光伏電站和分布式光伏電站。目前由于各國(guó)政策的鼓勵(lì)，分布式光伏市場(chǎng)份額要遠(yuǎn)大于集中式，有著廣闊的發(fā)展前景，我國(guó)也不例外，已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)的并網(wǎng)支持政策。

與集中式光伏電站并網(wǎng)一樣，分布式光伏電站并網(wǎng)同樣面臨電能質(zhì)量方面的問題，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)為此也都開展了大量研究(見表1)。如河北省電力研究院就開展了分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)配電網(wǎng)的影響、典型配電網(wǎng)接納分布式光伏電源能力等研究。

解決之道

針對(duì)上述問題，卓放也向記者講述了解決之道。“為適應(yīng)大規(guī)模、高容量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，有必要研究光伏并網(wǎng)發(fā)電的新技術(shù)，包括儲(chǔ)能技術(shù)、諧波抑制、新型并網(wǎng)逆變器等。”他說。

卓放表示，蓄電池、超級(jí)電容器、超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置、壓縮空氣儲(chǔ)能等都適用于光伏發(fā)電并網(wǎng)，這種方式在含有高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)中更有應(yīng)用前景，目前出口歐洲的光伏裝置都規(guī)定必須配備儲(chǔ)能裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器與儲(chǔ)能裝置配合，進(jìn)行能量的釋放與儲(chǔ)存，可以實(shí)現(xiàn)頻率/有功的調(diào)節(jié)，也可以平抑電網(wǎng)功率的波動(dòng)，限制系統(tǒng)故障電流和平衡負(fù)荷的擾動(dòng)，提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。

另外，通過對(duì)逆變器的調(diào)整能達(dá)到諧波抑制的目的，主要方案包括將多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行的“群控技術(shù)”和在逆變器中使用交流濾波器的“綜合補(bǔ)償控制”。

“由于群控時(shí)對(duì)各逆變器的直流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)，提高了直流側(cè)的容量，通過協(xié)調(diào)控制可以使只有有限臺(tái)逆變器工作，可使最小數(shù)量逆變器工作在較高效率區(qū)，從而提高逆變器發(fā)電功率、降低諧波含量。”卓放解釋說，“而綜合補(bǔ)償控制是在實(shí)現(xiàn)有功/無功功率控制的同時(shí)，抵消產(chǎn)生的諧波分量。”

實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)電能質(zhì)量治理的另一條路徑是直接改變逆變器本身，推出高性能并網(wǎng)逆變器，其可以實(shí)現(xiàn)完美無諧波輸出效果，具有有功/頻率控制、無功/電壓控制功能與調(diào)度自動(dòng)化通信能力等。

實(shí)際上，通過不斷實(shí)踐，現(xiàn)在大多數(shù)逆變器廠商已經(jīng)注意到了產(chǎn)品功率因數(shù)過高對(duì)無功的影響問題，無論是其新推出的產(chǎn)品還是行業(yè)新定的標(biāo)準(zhǔn)都希望并網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)可調(diào)，大致在-0.8~0.8，以便在發(fā)電量不是很滿的情況下，逆變器可以為無功產(chǎn)生做些貢獻(xiàn)，維持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。可以說，他們已經(jīng)向高性能并網(wǎng)逆變器的研制邁