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摘要：随着时代不断进步，大规模光伏发电系统在新能源的发展中有着十分重要的地位。首先，分析了大规模光伏发电系统的特点，重点阐述了光伏发电对电能质量造成的主要影响以及其原因；然后，为了更好地研究光伏并网系统的稳定性，接着讨论了大规模光伏建模的动态以及静态模型；同时分析了谐波、电压质量对电能质量的影响，讨论了电网非对称故障情况下的过电压/过电流问题以及低压穿越技术和孤岛监测技术等；最后，总结了国内外相关的对策和措施，为大规模光伏并网发电系统的规划、仿真、以及控制策略等提供了相应的参考。
关键词：光伏电站接入；电能质量影响；对策
引言
近年来，随着化石能源消耗形势的日益严峻，太阳能、风能等清洁、可再生能源越来越为人们所重视。在各种新能源发电中，光伏发电的发展潜力较大，应用较为广泛。目前，对光伏发电技术的研究和应用已经成为当下的热点，并且已有许多光伏电站投入运行。
1光伏电站的特点
发电功率基本取决于光照辐射量，具有不确定性和不能平滑调整的特点。逆变器功率因数高达0.99，在有功功率不变的情况下无功功率几乎不可调整。采用多台逆变器进行换流，运行中产生的各次谐波电流易注入电网。
2大容量光伏并网系统特点及建模
2.1大规模PV建模以及稳定性分析
光伏太阳能电池板基于光生伏特效应将太阳能转化为电能。产生的直流电经过逆变器后转化为符合要求的交流电，通过变压器或者直接接入电网。目前，已经有大量的文献讨论了光伏发电模型，它们大多数都适用于分布式系统电能质量的研究，包括了光伏系统的电磁瞬态特性等。然而快速响应的PV建模对于系统稳定性的研究并不是必须的，需要的是针对系统机电特性进行分析。因此有学者提出了光伏通用模型，即把变流器看作为电网提供所需电流注入的可控电流源，这种模型简单，并且适用于光伏并网系统稳定性的研究。
2.2用于稳态分析的光伏建模
尽管大量的光伏发电机分布在太阳能发电厂内，大规模光伏电厂产生的电能仍然需要通过单个变电站传输到电网，因此在一个太阳能电厂内的光伏发电机需要汇总到一个单元。通过独立光伏发电单元功率求和可以达到MVA级别的等效功率。由于每个光伏单元可以提供无功功率，在稳态分析时，光伏电厂模型可以和同步发电机模型等效。
2.3用于动态分析的光伏建模
大规模光伏发电系统整体结构，PV的基频动态响应是由逆变器及其相关控制决定的。为网侧变流器及其控制框图，其中变流器和PV控制作为光伏阵列和电网之间的缓冲，以响应来自发电机控制的有功和无功指令，提供注入电网所需的电流。注入系统的有功功率由光伏阵列的功率值Ppv决定，Ppv＝IpvVA，其中Ipv为光伏阵列电流，VA为光伏阵列电压；无功功率由无功控制产生的比较信号来决定。
3大容量光伏并网对电能质量的影响
3.1电能质量的问题
3.1.1谐波问题
光伏并网系统通过控制逆变器输出电流的频率、幅值以及跟踪电网电压相位以实现并网。由于使用了大量的非线性负载，因此会产生大量的谐波。配电网中的谐波会导致光伏电站难以并网以及发生锁相困难、功率平衡被破坏、过电压、损耗增加等问题。目前，光伏逆变并网的电压总畸变率在3％-4％左右，已经超过了相关指标的要求。与此同时，在多个光伏电站并网时总谐波畸变会大大增加，因此在保证逆变器可靠运行的同时，必须降低电流的总谐波含量。
3.1.2电压质量问题
传统配电网一般呈辐射状，在稳态运行情况下，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。由于光伏电站大多在配网负荷侧并网，配网系统运行时电网馈线传输的有功功率会减小。
同时，光伏电站的实际输出功率会随着光照强度或者环境温度的变化而变化。因此，除了考虑设备故障切除的因素外，还应考虑光伏电站输出功率的随机性，考虑最严重的情况，光伏电站的输出功率会突然变化为零。根据相关规定，光伏电站接入电网时，应采取必要的措施使得投切时系统电压波动满足国家有关标准，同时进行误差校核。
3.2光伏并网安全性与可靠性
光伏电站接入会对电网运行的安全性与稳定性造成显著影响，成为接入实践中不可忽视的重要问题之一。首先是电网非对称故障对光伏系统的影响。在电网运行中，非对称故障具有较高的发生概率，且对光伏电站的潜在危害较大，会直接造成直流母线电压严重失衡。对电力系统的终端用户来说，电压暂降及供电中断是电能质量的最大影响要素，需要严格确保控制在合理范围内。其次是光伏发电孤岛现象。随着光伏电站接入规模的提高，使电网保护面临着新的挑战，容易出现孤岛问题。孤岛问题的存在会影响用电设备及维护管理工作的有序进行。再次是对低电压穿越的要求，通过利用光伏发电系统低压穿越技术，是并网过程中保持在相对稳定状态，确保电压恢复正常水平，进而使终端用电设备具备足够的安全系数。
4对策
4.1谐波的按捺
由于停止无功抵偿器在谐波优化调整方面具有显著优势，反响功效较好，可对无功功率实现动态化监测，在实时调整优化电压的基础上，将谐波的影响降到最低，进而有效保障光伏电站并网的电能质量。
4.2抑制电压的闪变和波动
通过在电网中增设动态电压恢复装置，以及性能可靠的补偿装置，可有效对电能质量的控制效果。补偿装置可存储能量，在无功功率散发的同时完成补偿有功功率，进而有效优化电能质量。为有效避免与抑制电压低闪变和波动，可在波动加剧时，对无功电流进行有效补偿。通常情况下，有源电力滤波设备具有响应速度快，电压波动范围大，可靠性及稳定性强等特点，因而被广泛用于电压的闪变和波动。
4.3提高电能质量
要注重调整电功率因素，使无功就地平衡状态得以连续保持，并确保供电半径保持在科学范围内。要选择最适宜的供电线路导线截面大小，科学配置配电设备与变电之间的关系，防止运行过程中的超负荷现象出现。要有效预设调压方法与策略，并严格执行到位，确保电能质量能够得以快速有效提升。此外，要密切掌握终端用户的实际用电需求，缜密分析排查影响电能质量的所有因素，进而多措并举，综合施策，采取更具针对性、有效性、规范性的措施与方法规避不稳定性风险，优化电能质量。
5对大规模光伏电站接入系统的建议
大规模光伏电站能够充分利用区域的光能资源，环境友好，又是清洁能源，可以为公用电网提供电源。但由于光伏电站的出力受日照影响较大，使光伏电站出力具有不稳定性和随机性，难以与电力系统的负载特性同步，如果光伏电站能够配置蓄电池组，有效地利用光伏电站的电能实现调峰，使光伏电站真正起到系统电源的作用。
结语
综上所述，随着光伏发电事业的持续推进，光伏电站并网将会不断得以深化发展，有关人员应该从光伏电站接入的客观实际出发，充分遵循其基本规律，全面掌握并积极应对光伏并网对电能质量产生的影响，保障电力事业迈向更高质量。
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