光伏电站接入电网对电力系统电压闪变的影响

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· 分布式电源 · 低压电器（ 2011No． 22）钱军（ 1967 ），男，工程师，主要从事电网调度及其自动化等方面的研究工作。光伏电站接入电网对电力系统电压闪变的影响钱军，陶梅玉，孙智一，顾皓亮（上海市电力公司市南供电公司，上海 200233）摘要指出了光伏电站接入电网中对电压闪变产生相应影响的原因。介绍了电压闪变仪的测量原理，并在 Matlab/Simulink 环境下搭建了模拟电压闪变仪的仿真模型。最后，结合某光伏电站并网工程，以辐照度为变化量，以 PSCAD/EMTDC 为仿真平台，仿真实际光伏电站接入电网对接入点电压闪变的影响，并对仿真结果进行分析，仿真结果符合相关要求。关键词分布式发电；光伏电站；光伏并网；闪变中图分类号 TM 564． 3 文献标志码 A 文章编号 1001-5531（ 2011） 22-0019-04Effects of Grid- Connected Photovoltaic Station toPower System on Voltage FlickerQIAN Jun， TAO Meiyu， SUN Zhiyi ， GU Haoliang（ Southern Power Supply Company， ShanghaiMunicipal Electric Power Company， Shanghai200233， China）Abstract The reasonof grid-connectedphotovoltaic powerstation had effectsto voltageflicker was discussed ．The principle of the voltage flicker metering was described， and the analog model for the flicker metering wasimple-mented underthe environmentof Matlab /Simulink accordingto the functions and designcriterion suggestedby IEC．Finally ， a simulation model of the practical grid-connectedphotovoltaic powerstation in Shanghaiwas establishedinPSCAD/EMTDC， the effectson the voltage flicker of the point of integration was simulated， and the simulation re-sults were analyzed， the simulation results meet the relevant requirements ．Key words distributed generation （ DG ）； photovoltaic power station ； protovoltaic grid- connected；voltage flicker陶梅玉（ 1965 ），男，工程师，主要从事电力系统及其自动化等方面的管理工作。孙智一（ 1980 ），男，工程师，研究方向为电网调度及其自动化。0 引言目前，对于分布式发电的电压闪变进行系统讨论的文献较少，针对光伏电站接入电网的闪变研究的文献则几乎没有。但随着光伏容量在系统中比例的增大，渗入程度的不断增加，光伏电站接入电网引起的电压闪变可能超出国家相关标准，因此，有必要对光伏电站接入后的电网进行电压闪变分析，以保证其符合 IEC 和国家的相关标准。本文对闪变产生的原因进行分析，指出光伏电站接入电网会对电网中电压闪变产生相应影响的原因。介绍了电压闪变仪的测量原理，并在Matlab/Simulink 环境下搭建了实用模拟电压闪变仪的仿真模型。最后，结合光伏电站并网工程，以辐照度为变化量，以 PSCAD/EMTDC 为仿真平台，仿真实际光伏电站接入电网对接入点电压闪变的影响，并对仿真结果进行了分析说明。1 电压闪变产生原因分析电压闪变和电压波动是无法分割的。电压闪变是指由于电网电压的波动，所引起的灯光闪烁对人眼视觉产生刺激的响应。它不仅和电压波动91低压电器（ 2011No． 22） · 分布式电源 ·的大小有关，而且和波动的频率（即对工频电压的调幅频率）、照明灯具的性能及人的视感因素有关，是电能质量的重要指标之一。闪变的主要危害表现在会使照明灯具灯光发生闪烁，刺激人的大脑和眼睛，使人疲劳，视力下降、注意力分散。光伏电站接入电网，对电网中电压闪变造成影响的因素很多（ 1）并网光伏电站输出功率的波动。为了提高发电的效率，投入运行的光伏电站均采用了最大功率追踪（ MPPT）控制，因此，当外界辐照度、温度变动发生变化时，其输出功率必然随之变动。（ 2）控制器的算法和参数设定也可能导致输入系统功率的周期性变动。（ 3）光伏电站的调度和运行由产权所有者控制，可能出现随机起停机组。（ 4）光伏电站接入点多为 10 kV 母线，其短路容量相对较小，在功率波动时会产生较大的电压变化。2 电压闪变仪的实现2． 1 电压闪变仪的测量原理要对电网中电压闪变情况进行评估，就离不开电压闪变仪的使用。国际电工委员会 IEC 依据1982 年国际电热协会 UIE 的推荐，给出了检测电压闪变的设计规范，其简化框图如图 1 所示。w1 sw（ 1）式中 w 2π 0． 05s－ 1六阶巴特沃斯 35 Hz 低通滤波器传递函数为BW（ s）［ 1 b1 （ s/w c ） b2 （ s/w c） 2 b3（ s/w c） 3 b4（ s/w c） 4 b5（ s/w c） 5 b6（ s/w c） 6］－ 1 （ 2）式中 wc 2π 35 s－ 1 ， b1 b5 3． 864， b2 b4 7． 464， b3 9． 141， b6 1视感度加权滤波器传递函数为K（ s） Kω 1 ss2 2λ s ω1 1 s/w 2（ 1 s/w3 ）（ 1 s/w 4）（ 3）式中 w1 2π 9． 154 94， w2 2π 2． 279 79w3 2π 1． 225 35， w4 2π 21． 900 00K 1． 748 02， λ 2π 4． 059 81。其中，闪变仪的输出即为瞬时闪变视感度S（ t）采样值，欲计算短时间闪变值 Pst，需对 S（ t）采样值作进一步的分析。 IEC 方法由累计概率函数 CPF 曲线获得，短时间闪变值 Pst计算公式为Pst K0 ． 1P0 ． 1 K1 P1 K3 P3 K10 P10 K50 P槡 50（ 4）式中， K0． 1 0． 031 4； K1 0． 052 5； K3 0． 065 7；02· 分布式电源 · 低压电器（ 2011No． 22）K10 0． 280 0； K50 0． 080 0； P0． 1 、 P1 、 P3 、 P10 、 P50为 CPF曲线上等于 0． 1 、 1 、 3 、 10 和 50时间的 S（ t）值。当 Pst ＜ 0． 7 时，一般察觉不出闪变；当 Pst ＞1． 3 时，闪变使人感到不舒服。因此， IEC 推荐的低压供电的闪变限值为 Pst 1，并称之为单位闪变。3 算例分析现以某太阳能光伏电站接入本地电网为例，对光伏电站接入电网后在辐照度改变的情况下对所引起的电压闪变问题进行分析，即分别对辐照度恒定为 1 000、 500 和 200 W /m2 以及辐照度分别按－ 118t2 1 000 、－ 536t2 1 000 和－ 518t2 1 000 W /m 2 曲线变化时的电压闪变进行考核。3． 1 光伏电场接入系统方案某太阳能光伏电站采用多晶硅组件，总装机容量为 6． 6 MW，逆变系统采用大型逆变器集中布置的形式，经 10 kV 母线由开关站集中接入共用电网。在 PSCAD/EMTDC 中搭建如图 2 所示的仿真模型。18t2 1 000 曲线变化根据 S（ t）曲线计算短时闪变值 Pst ，辐照度恒定和辐照度按特定函数曲线变化下的短时闪12低压电器（ 2011No． 22） · 分布式电源 ·36t2 1 000 曲线变化18t2 1 000 曲线变化变值 P st的计算结果如表 1 和表 2 所示。表 1 辐照度恒定下的闪变 Pst计算结果辐照度 /（ W· m－ 2）短时间闪变值 Pst 结论1 000 0． 198 合格500 0． 173 合格200 0． 137 合格表 2 辐照度变化下的闪变 Pst计算结果辐照度变化函数 /（ W· m － 2 ）短时间闪变值Pst 结论－ 118t2 1 000 0． 232 合格－ 536t2 1 000 0． 275 合格－ 518t2 1 000 0． 326 合格仿真结果表明（ 1）该光伏电站对接入点处的电压闪变影响很小，接入电网所引起的电压闪变均符合电能质量的相关要求。（ 2）光伏电站辐照度恒定时比辐照度变化时对电网电压闪变的影响小。（ 3）辐照度越大，光伏电站因其输出功率越大而对电网电压闪变的影响越大。（ 4）辐照度变化程度越大，光伏电站因其输出功率波动越大，而对电网电压闪变的影响越大。4 结语光伏发电在我国已经成为一种很重要的可再生能源的利用形式为了使电网有效地接纳光伏发电，针对光伏发电和电网之间相互影响开展研究显得尤为重要。本文针对光伏电站接入电网后对电网电压闪变的影响开展相关研究。仿真结果表明，就目前的光伏电站容量和渗透程度而言，对电网电压闪变的影响均符合相关的要求，但随着输出功率越大和输出功率变动越大，光伏电站并网对电网电压闪变的影响也越大。【参考文献】［ 1］吴汕，梅天华，龚建荣，等．分布式发电引起的电压波动和闪变［ J］．能源工程， 2006，（ 4） 54-58．［ 2］梅天华．分布式发电闪变研究与管理［ D］．杭州浙江大学， 2006 ．［ 3］陈建军，龚南斌风力发电并网对电力系统电能质量的影响分析［ J］．华北电力技术， 2010，（ 5） 10-13．［ 4］李甲升，杨金辉，吴顺秋，等．风能发电并网时引起的电压波动与闪变检测的仿真研究［ J］．电测与仪表， 2010， 47（ 10） 32-35．［ 5］郭上华，黄纯，王磊，等．电压波动和闪变的检测与控制方法［ J］．继电器， 2004， 32（ 3） 45-48．［ 6］王晓华．基于虚拟仪器的电压闪变测量研究［ D］．保定华北电力大学， 2007 ．［ 7］张丽霞，李和明，颜湘武，等．基于虚拟仪器的电压闪变检测的实现［ J］．电测与仪表， 2005（ 7） 23-26．［ 8］马玉龙，刘连光，张建华，等． IEC 闪变测量原理的数字化实现方法［ J］．中国电机工程学报， 2001， 21（ 11） 92-95．［ 9］白先红． IEC 闪变仪的数字化实现的研究［ D］．南京河海大学， 2004 ．收稿日期 2011 － 09 － 1622