光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的諧波治理

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的諧波治理摘要：近年來，我國電力事業(yè)發(fā)展已經(jīng)相當成熟，光伏發(fā)電應景在電力行業(yè)中占據(jù)了重要地位。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的自身特性，會不可避免地產(chǎn)生諧波電流，注入公用電網(wǎng)，造成電網(wǎng)電能質量下降，可能導致電網(wǎng)內設備故障，影響電力正常輸送?；诖耍治?、討論諧波的危害及治理辦法。關鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；諧波治理1光伏發(fā)電系統(tǒng)概述光伏發(fā)電是利用半導體材料的光生伏特效應原理直接將太陽輻射能轉換為電能的技術。所謂光生伏特效應，簡言之，就是當物體受到光照時，物體內的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應。在各種新能源利用中，光伏發(fā)電是非常普遍和極其重要的一種發(fā)電方式。這是因為光伏發(fā)電除了像其他發(fā)電一樣能夠節(jié)省投資、降低能耗、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性以外，還具有以下獨特的優(yōu)點。（1）資源充足，可再生。（2）資源分布廣泛，很多地區(qū)常年有充足的太陽能資源。（3）清潔環(huán)保，噪聲污染也很小。（4）不容易損壞，運行維護簡單，運行費用低，使用壽命長。（5）在建筑多土地資源不足的地方，可以有效利用建筑物屋頂和幕墻，無需占用土地資源。而且各種彩色光伏組件可取代和節(jié)約玻璃幕墻等外飾材料。所以，盡管光伏發(fā)電有著能量分散、間歇性大、地域性強、轉換效率低和成本高等缺點，但是世界各國仍然踴躍制定相關政策鼓勵光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。光伏發(fā)電有離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種運行方式。所謂離網(wǎng)運行是指負荷由光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨供電的運行方式。并網(wǎng)運行是指光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，與原有公用電網(wǎng)一起向負荷供電的運行方式。過去，由于太陽能電池的生產(chǎn)成本居高不下，光伏發(fā)電大多只工作在離網(wǎng)運行方式，用于為居住分散、使用化石燃料成本高、送電難度大的地區(qū)提供一種經(jīng)濟的發(fā)電方式。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)常與其他發(fā)電系統(tǒng)組成混合供電系統(tǒng)，如風-光混合系統(tǒng)、風-光-油混合系統(tǒng)等。近年來，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的年安裝容量已占到世界太陽能電池年產(chǎn)量的70%以上。而且，與離網(wǎng)光伏系統(tǒng)相比可以省掉蓄電池，使建設投資減少25%—30%，從而使發(fā)電成本大為降低。同時還可以提高系統(tǒng)的平均無故障時間及避免蓄電池的二次污染。因此，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是光伏發(fā)電進入大規(guī)模商業(yè)化應用的必由之路。2儲能技術在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應用儲能裝置是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。通常包括蓄電池、超級電容器。其中，蓄電池成本低廉，但是循環(huán)倍率有限制，功率密度較低，因此，無法很好地兼顧蓄電池充放電過程以及電池最大功率跟蹤。考慮到光伏電站的實際發(fā)電規(guī)律，采用蓄電池往往充放電循環(huán)次數(shù)多造成容量迅速失效，使蓄電池壽命縮減。超級電容器是另一種儲能類型。相比蓄電池，超級電容器的循環(huán)壽命更長，對充放電次數(shù)沒有很多限制，功率密度高，可以實現(xiàn)瞬時功率吸納放出。唯一的不足是不能長時間為負荷提供電能。在當前的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，通常采用上述兩種儲能類型，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，構建高性能的儲能系統(tǒng)，蓄電池作為長期儲能裝置，超級電容器作為短期儲能裝置，既可以實現(xiàn)能量長時間儲備的目的，而且可以瞬時調節(jié)系統(tǒng)的功率，采取合理的能量管理策略。3光伏發(fā)電的國內發(fā)展現(xiàn)狀我國對光伏發(fā)電技術的研究始于20世紀70年代，在最初發(fā)展階段進行規(guī)模較大的投資和光伏發(fā)電技術研究，讓我國光伏發(fā)電行業(yè)逐漸壯大。光伏發(fā)電很大程度地推動了中國能源轉型，當前我國并網(wǎng)光伏裝機的容量已經(jīng)遠遠超過了1.4億kW。我國不斷運用和宣傳光伏發(fā)電技術的主要原因就是我國擁有豐富的光能源，還有一部分原因是光伏發(fā)電技術可以充分滿足我國大量人口的用電需求。對安全、綠色能源展開探究，一定要從光伏發(fā)電技術著手，對其展開深入研究有著重要的意義。1985年，我國研發(fā)并網(wǎng)型光伏發(fā)電技術時，就將美國研發(fā)的單硅太陽能和非晶體硅電池運用到了當時的研究項目中，開始對光伏發(fā)電進行更加深入的探究。通過開展金太陽工程，促進了針對光伏發(fā)電技術的研究。通過大數(shù)據(jù)分析可知，我國從1997年開始就建設了很多不同類型的光伏發(fā)電站；1998年時，在西藏建設了一個光伏發(fā)電的站點，這個光伏發(fā)電站同時也是我國海拔最高的發(fā)電站。在我國寧夏太陽山的光伏發(fā)電站，應用的是陽光電源的并網(wǎng)逆變器，也是我國規(guī)模很大的并網(wǎng)。直到2020年，我國光伏發(fā)電站的發(fā)電量達到180萬kW，但是我國還有很多地區(qū)的電能比較缺乏。隨著我國社會的發(fā)展與進步，光伏發(fā)電會有更好的發(fā)展趨勢。4諧波治理的措施通過分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入對電網(wǎng)造成諧波影響的原因可知，光伏發(fā)電會對電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性帶來負面影響，這就需要我們采取相應措施來抑制光伏發(fā)電系統(tǒng)引起的諧波，提高輸出的電能質量。對于具體工程項目來說，要有效地進行諧波治理，通常有兩種方式：改善諧波源，使其盡可能少發(fā)出諧波；通過補償?shù)姆绞?，減少諧波電流、電壓。一是改善諧波源。前面分析到，逆變器是光伏項目最重大的諧波源。根據(jù)逆變器運行的工作原理，其產(chǎn)生的諧波是無法完全消除的?，F(xiàn)在市場上各型逆變器電能質量指標雖然都符合國家標準，但是還存在很多差異，甚至同品牌不同時期產(chǎn)品，廠家經(jīng)過內部算法優(yōu)化，逆變器產(chǎn)生的諧波量也在不斷降低。目前，國內外廠家、科研院所一直在不斷努力，對逆變器的控制應用新的技術、新的設計，希望能夠更有效地減少諧波發(fā)生。因此選用優(yōu)質的逆變器，可以從源頭上減少諧波電流、電壓的發(fā)生量。二是諧波補償。配置諧波補償裝置。工程上常用的補償裝置一般為無源濾波（FC）和有源濾波（SVG）。無源濾波器FC裝置通過電容、電抗組成一定的諧振頻率進行某次諧波的濾除，造價低廉，結構簡單。但存在濾除諧波相對單一，當系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，有可能引起諧振或放大諧波電流；無功補償時，由于是整組投切，運行不夠靈活，容易出現(xiàn)過補和欠補現(xiàn)象，且相應時間長。靜止無功發(fā)生器SVG是通過大功率電力電子器件的高頻開關實現(xiàn)無功能量的變換。目前廣泛應用于無功補償、諧波治理、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面。SVG有源濾波通過檢測補償對象電流中的諧波電流分量，產(chǎn)生實際的補償電流，該補償電流與諧波電流方向相反、大小相等，如此補償電流與負載電流中的諧波成分互相抵消，從而達到消除諧波的目的。SVG本身不會產(chǎn)生諧波，且對系統(tǒng)參數(shù)不敏感，不發(fā)生諧波放大的情況，但是SVG在應對13次以上的高次諧波治理時效果不佳。因此，選用合理的諧波治理方案，可以在系統(tǒng)側減少諧波量。5光伏發(fā)電并網(wǎng)技術發(fā)展方向與展望（1）提高太陽能資源的利用率。根據(jù)客戶用電需求，盡力擴大太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)的覆蓋范圍，努力提高太陽能光伏組件的能量轉換率。（2）提高供電穩(wěn)定性，避免諧波干擾以及動態(tài)干擾。使用逆變器進行能源類型的轉換（太陽能轉化為電能）時會生成大量諧波，并會大幅度提升并網(wǎng)系統(tǒng)的電壓畸變率，發(fā)電穩(wěn)定性以及供電安全也會受到極大的影響。（3）提高電網(wǎng)適應能力，完善高電壓穿越功能以及低電壓穿越功能等。（4）融入互聯(lián)網(wǎng)技術，增強基于網(wǎng)絡云平臺的計算、存儲功能，實現(xiàn)數(shù)字化以及智能化。（5）豐富組件級產(chǎn)品（比如微型逆變器等）。豐富的組件級產(chǎn)品有利于提高市場競爭力。結語隨著碳中和的國家目標的確立，未來大量光伏等新能源發(fā)電接入電網(wǎng)后引起的電網(wǎng)電能質