光伏发电并网及其对电力系统的影响-solarbe文库

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Grid Connected Photovoltaic Generation and the Impact on Power System Huangwei 1, Sun Yunling 21. Transmission and Distribution system research institute, NCEPU, Beijing, China 2. Transmission and Distribution system research institute, NCEPU, Beijing,China 1. Huangwei_48126.com, 2.syunridge163.comAbstract The article makes introduction about principle and model of photovoltaic generation, and summa-rizes the related technology of connecting grid, including the structure and control strategy of inverter, MPPT, control of output current and anti-islanding. Then, the article analyzes the impact of grid-connected photovol-taic generation on power system. Finally, make some outlook about PV to be generally, the new energy connecting grid. Keywords twin-stage inverter, incremental conductance method, twin closed loop control, islet effect 光伏发电并网及其对电力系统的影响黄伟 1，孙云岭 21. 华北电力大学输配电研究所，北京，中国， 102206 2. 华北电力大学输配电研究所，北京，中国， 102206 1. Huangwei_48126.com, 2.syunridge163.com 【摘要】本文对光伏发电的原理和模型进行了介绍，概述了目前光伏发电并网的相关技术，包括逆变器的结构及控制策略、 MPPT 控制、输出电流控制、抗孤岛等。详细分析了光伏并网对电力系统产生的影响改变负荷特性，影响电网规划，增加调度和管理运营的难度，可能引发过电压、电压波动等嗲能质量问题，不利用电网安全运行，需要重新配置继电保护装置，以及产生直流注入和对地漏电流等影响。最后对光伏发电并网提出建议。【关键词】双级逆变器；电导增量法；双闭环控制；孤岛效应1 引言进入 21 世纪的人类社会正面临着化石燃料短缺和生态环境严重污染的局面。廉价的石油时代已经能够结束逐步改变能源结构，大力发展可再生能源，走可持续发展的道路，已成为各国政府的共识 [1][2] 。太阳能是一种非常理想的清洁能源，目前太阳能发电分为光热发电和光伏发电两种，通常所说的太阳能发电是指太阳能光伏发电。光伏发电是利用半导体的光生伏打效应将光能直接转变为电能的一种发电技术。目前，太阳能光伏发电的发展趋势是由小型独立户用系统向大型并网系统发展。由于太阳能的波动性和随机性，光伏电站输出的电能波动很大。随着这种分布式光伏并网电站的容量越来越大，其输出功率的波动对电网的影响不容忽视。研究分布式光伏并网发电系统与电网系统的相互作用，已成为国际上大规模光伏并网电站应用领域的研究热点。2 太阳能光伏发电原理及模型太阳能电池的发电原理是利用光入射于半导体时所引起的光电效应。半导体太阳能电池的工作至少应具有这么几个前提1 必须有足够的照射；2 入射光子必须具有足够的能量，注入半导体后要能激发出电子 -空穴对，这些电子和空穴必须具有足够长的寿命，确保它们被分离前不会自行复合消失。3 必须有一个势垒电厂存在。在势垒电厂的作用下电子 -空穴对被分离，电子集中在以便，空穴集中在一边。绝大部分太阳能电池利用 P-N 结势垒区的静电场实现电子 -空穴对的目的，所以 P-N 结可以成为是太阳能电池的“心脏”。4 被分离的电子和空穴，静电计收集输出到电池体外形成电流。太阳能电池原理图见图 1。Figure 1. Priciple of solar cell 图 1. 太阳能电池原理可以近似的把太阳能看成是一理想的、能稳定地产生光电流的电流源（外部环境不变时），图 2 是太阳能电池的等效电路 [4]。Figure 2. Equivalent of solar cell 图 2. 光伏电池等效电路1 2 3 4 其中， Iph（ A ）为光生电流，其值正比于光伏电池的面积和入射光的辐射度，会随环境温度的升高而略有上升。由于太阳电池是由 PN 结构成的二极管器件，对应于一定的工作电压必然会产生一定的二极管电流 I D，也称为暗电流； ID 的大小反应出了当前环境温度下，光伏电池 PN 结自身所能产生的总扩散电流的变化情况。Rsh（ Ω ）为旁路电阻，产生漏电流，由硅片边缘不清洁或体内的缺陷引起的。 Rs（ Ω ）为串联电阻，由电池的体电阻、表面电阻、电极导体电阻，以及电极与硅表面间接触电阻所组成。 I0 为 PN 结反向饱和电流； q 为电子电荷（ 1.6 10-19C）； A 为 PN 结的曲线常数（正偏电压大时为 1，正偏电压小时为 2； k 为玻耳兹曼常数（ 1.38 10-23J/K）； T 为绝对温度。设在参考条件下， I sc为短路电流， V oc 为开路电压，Im、 V m 为最大功率点电流和电压，则当光伏阵列电压为V 时，其对应点电流为 I[13]5 6 7 式中 C1， C2 为常数， I sc、 V oc、 Im、 Vm 供应商提供参数。考虑太阳辐射变化和温度影响时 [13] 8 9 10 11 12 式中 Sref， Tref 为太阳辐射和光伏电池温度参考值一般取为 1 kW/m ， 25℃； α 为参考日照强度下的电流温度系数， A/℃； β 为参考日照强度下的电压温度系数，V/ ℃。对于单晶硅及多晶硅太阳电池其实测值为13 14 太阳能电池板的输出特性分为光谱特性、照度特性和温度特性。主要特性曲线为 I-V 和 P-V 特性曲线。典型的光伏电池（电流 I－电压 V）、（功率 P－电压 V ）特性如图 3，图 4 所示。图 3 表示 I– V、 P– V 随太阳辐射变化而变化的规律。图 4 则表示 P-V 随环境温度变化的规律。Figure 3. Curve Characteristic of solar cell 图 3. 典型光伏电池特性曲线Figure4. Curve Change of P-V with ambient temperature 图 4. P-V 随环境温度变化规律由图可以看出太阳电池 I-V 、 P-V 特性，与太阳辐射强度、环境温度之间是高度非线性的。3 光伏并网原理及其关键技术太阳能光伏发电是基于光生伏打效应，利用太阳能电池板吸收光子产生电动势的现象进行发电。太阳能光伏阵列发出的直流电经过电力电子装置转换为符合规定的交流电后，直接或通过变压器接入电网。图 5 是光伏发电并网的简化原理图。图 1 光伏并网基本原理Figure5. Principle of grid-connected Photovoltaic cells 图 5.光伏并网基本原理光伏电池产生的直流电经过逆变器与配电网相连。并网逆变器作为光伏并网控制的核心器件，包含了电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪（ MPPT）、抗孤岛（ anti-islanding ）及其他保护，是集检测、控制、并网和保护于一体的装置。并网逆变器是通过控制输出电流的幅值、频率和相位三要素参量跟踪并网点电压来实现并网和功率输出。目前国内并网型逆变器主要为 DC-DC 和 DC-AC 两级能量变换的结构。其中 DC-DC 变换环节调整光伏阵列的工作点使其跟踪最大功率点； DC-AC 逆变环节主要使输出电流与电网电压同相位同时获得单位功率因数。双级式光伏发电系统有如下特点 [5-12]1 由于直流和逆变环节可以分开设计，系统前后级之间耦合不紧密，因此系统的控制环节比较容易设计和实现；2 由于单独具有一级最大功率点跟踪环节，系统中相当于设置了电压预调整单元，系统可以具有比较宽的输入范围；3 同时，最大功率跟踪环节的设置可以使逆变环节的输入相对稳定，而且输入的电压较高，这样都有利于提高逆变环节的转换效率。Figure6. Principle of two-stage grid-connected inverter 图 6.双级并网型逆变器3.1 MPPT 控制在一定光照强度和环境温度下，光伏阵列可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏阵列的输出功率才能达到最大值，这是光伏阵列的工作点就达到了输出功率电压的曲线的最高点，称之为最大功率点（ MPP） [22]。Figure7. Curve Change of P-V、 I-V with ambient temperature 图 7.光伏 I-V 、 P-V 随环境的变化规律不断地根据外界不同光照强度、环境温度等特性调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点处，称为最大功率点跟踪（ MPPT）。MPPT 实现方法 [1]、 [15] 恒定电压法、干扰观测法、电导增量法、恒定电流法、扰动观察法、最优梯度法和模糊逻辑法等。下面将详细介绍 MPPT 的导纳增量法。导纳增量法也是光伏阵列 MPPT 常用方法之一。由光伏阵列的 P－ V 曲线知，在最大功率点处其斜率为零，而 PVI ，因此在最大功率点处有15 即16 上式即为达到最大功率点的条件。如果17 则光伏电池组件的工作点在最大功率点的右边，此时应减小输出电压；如果18 则光伏电池组件的工作点在最大功率点的左边，此时应增大输出电压。随后，输出一个调制信号，该调制信号与恒定频率的三角波信号相比较，产生控制BOOST 电路中功率开关器件的开关信号，通过不断调节功率开关器件的占空比来达到太阳能电池最大功率点跟踪的目的。当光伏电池上的日照强度和温度变化时，其输出电压能平稳的追踪其变化且与太阳能电池组件的特性及参数无关，而且在最大功率点的振荡幅度和功率损失也较少。电导增量法的控制流程如图 8 所示 [14]。Figure8. Flow chart of incremental conductance method 图 8.电导增量法控制流程图其中 Vk 和 Ik 分别为第 k 个采样点的光伏电池输出电压和电流， Vk-1 和 Ik-1 分别为前一个采样点的光伏电池输出电压和电流， V ref 和 Δ V 分别为参考电压和电压增量步长。但这种控制算法实现起来相对复杂，电压增量步长的选取也比较讲究，若步长太大，则跟踪的误差会比较大，若步长较小，则跟踪的速度会较慢。3.2 并网逆变器控制并网逆变器采用电压型全桥逆变器，控制方式一般采用输出电流控制，控制逆变器的输出电流以跟踪光伏并网电压，即可达到并联运行的目的。本文介绍电流控制方式为滞环比较方式，虽然滞环比较方式频率不固定，但它具有自动峰值限制能力，电流跟踪精度高、动态响应快、不依赖负载参数和无条件稳定等优点 [22]。滞环控制原理是将给定电流与反馈电流的误差与一个确定滞环阈值 H 做比较，以确定两对开关管的开关逻辑，如图 9 所示。在输出电流正半周，当误差超过滞环的上阈值，开关管 S2 和 S3 导通， S1和 S4 关断， U AB -E，电感电流减小；当误差低于滞环的下阈值，开关管 S1和 S4 导通， S2 和 S3 关断， U AB E，电感电流增大。图 2 并网逆变控制策略Figure9. Principle of grid-connected inverter control strategy 图 9.并网逆变控制策略光伏并网系统一般采用双闭环控制策略进行并网控制。其中，外环为电压环，目的是为了控制并网逆变器直流输入端电压（电容电压）稳定；内环为电流环，目的是为了控制并网逆变器的输出电流与电网电压同频同相，输送到电网的功率因数近似为 1。控制过程如下将实际检测到的电容电压与给定的电容电压相比较，差值经过调节器，得到电流环的给定并网电流的幅值，当实际的电容电压超过给定值时，给定并网电流的幅值会增大，电容电压会下降；反之，电容电压则会增加，以来实现电容电压稳定。给定并网电流幅值与经过锁相环节得到的电网电压的频率和相角同步信号相结合，得到并网电流的给定信号，此给定电流再与实际检测到的并网电流相比较，差值经过滞环比较环节，得到全桥逆变器的功率器件的开关信号，控制功率器件开通和关断，使并网电流在指定的环宽以内变化。3.3 孤岛检测技术孤岛效应是指当电网因故障事故或停电维修等原因而跳脱时，各个用户端的太阳能并网发电系统未能及时检测出停电状态而将自身切离市电，形成由太阳能并网发电系统和周围负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。孤岛效应是并网发电系统特有的现象光伏并网发电系统的孤岛效应对维修人员和电网设备构成了极大的危害，所以，光伏并网发电系统中必须加入反孤岛策略来抑制孤岛效应的发生。一般而言，孤岛效应发生的充要条件是1 光伏并网发电装置提供的有功功率与负载的有功功率相匹配；2 光伏并网发电装置提供的无功功率与负载的无功功率相匹配，即满足相位平衡关系 θ loadθinv 0。其中， θ inv 是由所采用的反孤岛方案决定的逆变器输出电流超前于端电压的相位角， θ load 是负载阻抗角。孤岛效应检测技术在并网逆变器侧主要可分为主动式检测、被动式检测和电网侧检测。本文将详细介绍主动频率偏移法及其改进方法 [23] 。系统通过控制逆变器使其输出电压的频率 f inv 与电网电压的频率存在一定的误差 △ f 在并网标准允许范围内；当电网正常工作时，由于锁相环电路的矫正作用，△ f 终在一个较小的范围内，逆变器正常工作；当电网出现故障时将发生变化，在逆变器下一个工频周期内，系统将以 f inv 为基准，然后加上设定的频率误差△ f去控制 finv，从而导致△ f 进一步增加。该过程不断重复，直至 f inv 超出并网标准的规定，从而进行孤岛保护动作，图 10 为其控制原理图。Figure10. Principle of Active frequency offset method 图 10.主动频率偏移法控制原理主动频率偏移法对孤岛检出率高，又无须在系统中添加任何硬件，但其检测性能受算法参数的影响很大，如果参数设置较小，虽然对电网的扰动小，但孤岛状况有被漏检的可能；如果参数设置较大，孤岛检测出的可能性较大，但是又会恶化电能质量，甚至可能引起电压闪变和系统不稳定。此外在多台 PV 系统并网工作的情况下，若频率偏移方向不一致，其作用会相互抵消。因此，针对 AFD 算法的特点，在其基础上提出了基于线性正反馈的频率偏移法（ active frequency drift with pos-itive feedback ， AFDPF ），对于线性 AFDPF ，其控制策略为19 其中 cf 为截断系数； cf0 为固定初始扰动； Δ ff-f0为公共点频率与电网频率之差； k 为反馈增益。4 光伏发电对电力系统的影响从上文的对光伏发电技术现状及其并网技术现状的详细分析可以看出，目前采用的光伏发电有如下特点[16] 1 现有主要的光伏并网逆变器的控制方式为电压源电流控制，即输入侧为电压源，输出为电流源控制，通过控制输出电流以跟踪并网点电压，达到并网的目的。输出为纯有功功率，功率因数为 1，不具备无功调节能力。2 为有效利用太阳能，并网逆变器输出功率控制策略为最大功率点跟踪（ MPPT ），不具备有功功率调节能力。3 光伏发电输出受天气影响很大，尤其在多云天气，发电功率会出现快速剧烈变化。4 由于 PV 发电功率的快速随机波动特性，当大容量并网时，就需要常规发电机组的旋转备用容量进行功率调整补偿，使得常规发电机组的发电成本增加。5 电力电子设备的大量使用，产生谐波污染。尤其当逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在 10额定出力以下时，电流 THD 甚至会达到 20以上6 并网逆变器的抗孤岛保护功能。随着 PV 容量不断加大， PV 并网系统中会有多种类型的并网逆变器（不同保护原理）接入同一并网点，导致互相干扰，同时在出现发电功率与负载基本平衡的状况时，抗孤岛检测的时间会明显增加，甚至可能出现检测失败。有其特点可以看出虽然太阳能是清洁能源，但是现有光伏并网控制技术不具备“电网友好型”（ Grid Unfriendly ）特征。随着 PV 接入容量的增大，现有并网逆变器的控制保护功能与技术将不能满足输配电网安全稳定运行的需要，会成为制约 PV 并网的重要因素，因此有必要研究大规模 PV 接入对电网的影响。本文将从以下 6 个方面系统的阐述光伏发电系统并网对电网尤其是配电网产生的影响，目前这方面的研究均比较概念性，针对光伏并网的影响的各个具体方面仍没有学者做过深入的研究。4.1 对配网负荷特性的影响PV 的发电功率随日照强度变化，晴天时大致上呈单峰曲线形状，功率峰值一般在时间 1000 到 1400间。PV 接入会改变配网的负荷曲线特征及最大负荷点。图 11 为某地区某天的日负荷曲线和光伏出力曲线，以及二者之差所得到的今年高负荷曲线。可见光伏发电具有较好的削峰特性，将最小的负荷时间从 5 点转移到了 11 点，并增大了负荷增长速率 [19]。图 3 光伏并网对负荷曲线的影响Figure11. Effects of grid-connected Photovoltaic cells on load curve 图 11.光伏并网对负荷曲线的影响4.2 对配网规划、调度与管理运营的影响PV 接入对配电网潮流的改变、 PV 向配网反送功率（ reverse power）的预测及对负载特性的改变，将对现有配电网的规划、调度运行方式产生影响。电网规划包括电源的规划和输配电网络的规划，大容量的光伏并网产生的影响首先体现在电源规划方面。电网规划的一个重要依据就是负荷预测，新能源的随机出力特性使得电源的规划方式变化，因为电源的规划要求负荷的供电可靠性得以满足，负荷缺电率（ LOLP ）应保持在一个相当小的数值内，所以在负荷预测中引入了净负荷（ net load）的概念，它也称等效负荷，是将光伏电源看成负荷，用原有的负荷减去光伏发电作为净负荷。新兴的规划方法 [19]在负荷的能耗增长分析后直接引入新能源，运用净负荷的定义归纳出电网特征，在进行常规机组的规划，并不断通过迭代达到更好的机组协同效果。对于调度的影响在于光伏发电系统并网使得断面交换功率的控制难度加大，光伏并网发电系统受光照强度等气候条件影响较大 ,导致其向交流电网输送的功率处于不断的变化；短期负荷预测更加困难，传统的电网发电计划 ,尤其是日发电计划 ,主要依赖于对负荷的准确预测。光伏并网发电系统所发出的电能往往能就地平衡掉当地的某些负荷 ,由于光伏并网发电系统的发电量受气候影响显著 ,使得整个电网的负荷总量具有了更多的时变性和随机；对调度自动化的影响现有 PV 单元不具有调度自动化功能，不能参与电网频率、电压的调整，这无疑会减少配网的可调度发电容量，从而加大配网控制与调度运行的难度。在可以预见的将来，大量被消费的电能将来自于低压配电网络的分布式能源，大量分布式光伏电源接入到配电网中后，用户侧将主动参与能量管理和运营，使传统配电网运营费用模型不再适用。因此，一方面面临电力市场自由化和解除管制的压力，一方面可再生能源诸如光伏电源却得到保护和补贴，使得配电网在保证供电质量和可靠性方面面临越来越大的压力。近些年，一些专家学者提出了模拟电站和微网概念，可运用到分布式光伏电源管理中，把有功出力具有随机性的光伏电源和具有保证出力的电源以及储能装置集成在一起，作为整体的模拟电站或者微网，整合到当今的电力生产和传输框架内 [18]。4.3 对电能质量的影响4.3.1 对电压的影响若大量 PV 接入在配网的终端或馈线末端，由于存在反向的潮流， PV 电流通过馈线阻抗产生的压降将使负荷侧电压比变电站侧高，可能使得负荷侧电压越限。另外， PV 输出电流的变化也会引起电压波动，而同一区域的 PV 发电功率受光照变化的影响具有一致性，这将加剧电压的波动，可能引起电压 /无功调节装置的频繁动作。图 11 是 PV 接入到辐射性配电网中一条支路上的示意图。可以看出 PV 接入后将使支路潮流减小，提高 PV接入点附近的电压。图 12 是不同 PV 接入容量时对配电网中各点电压的影响。可以看出随着接入 PV 容量的增大各点电压有明显的提升 [20] 。Figure12.Schematic of P-V connecting distribution network 图 12.P-V 并入配电网示意图Figure13. Effects of grid-connected different Photovoltaic cells on voltage 图 13.光伏接入容量对各点电压的影响集中供电的配电网一般呈辐射状。稳态运行状态下，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏电源后，由于馈线上的传输功率减少，使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高，可能导致一些负荷节点的电压偏移超标，其电压被抬高多少与接入光伏电源的位置及总容量大小密切相关。对于配电网的电压调整，合理设置光伏电源的运行方式很重要。在午间阳光充足时，光伏电源出力通常较大，若线路轻载，光伏电源将明显抬高接入点的电压。如果接入点是在馈电线路的末端，接入点的电压很可能会越过上限，这时必须合理设置光伏电源的运行方式，如规定光伏电源必须参与调压，吸收线路中多余的无功。在夜间重负荷时间段，光伏电源通常无出力，但仍可提供无功出力，改善线路的电压质量。光伏电源对电压的影响还体现在可能造成电压的波动和闪变。由于光伏电源的出力随入射的太阳辐照度而变，可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变，若跟负荷改变叠加在一起，将会引起更大的电压波动和闪变。4.3.2 谐波污染光伏并网发电系统的直流电经逆变后转换为交流电并入电网时 ,会产生谐波 ,对交流电网造成谐波污染。随着今后光伏并网发电系统的逐步推广和发电容量占电网内总发电量比例的上升 ,来自多个谐波源的能量叠加 ,有可能达到电能质量不可接受的谐波含量 ;另外 ,当系统内含有多个谐波源时 ,还可能在系统内激发出高次谐波的功率谐振 [21]。电流谐波对配电网络和用户的影响范围很大，通常包含改变电压平均值、造成电压闪变、导致旋转电机及发电机发热、变压器发热和磁通饱和、造成保护系统误动作、对通信系统产生电磁干扰和系统噪音等。C 孤岛效应的影响当大量光伏并网后很有可能会在成并网光伏系统孤岛检测失败，产生孤岛效应，也会影响用户用电质量[21] ，包括 1 重新恢复供电时 ,因相位不同步而对电网用户造成冲击。2 电力孤岛区域供电电压和频率不稳定。3 当太阳能并网发电系统切换成孤岛方式运行时 ,如果该供电系统内无储能元件或其容量太小 ,会使用户负荷发生电压闪变。4 太阳能供电系统脱离原有的配电网后 ,其原来的单相供电模式可能造成其他配电网内出现三相负载不对称的情形 ,因而可能影响到其他用户的电压质量。近年来，大量研究结论表明即使将来有大量分布式电源接入到配电网中，只要措施得当，发生非正常孤岛的风险可控制在合理的范围内，并不会使系统发生非正常孤岛风险的可能性有实质性增加，因而发生非正常孤岛不会成为妨碍光伏电源等分布式电源接入的一个技术壁垒 [18] 。4.4 对电网安全运行的影响对电网电压及其稳定性的影响当光伏并网发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后 ,不仅可能对配电网内的电压控制产生影响 ,还可能影响到高压电网的电压特性 ,甚至引起电压稳定性问题 [21] 。对电网频率的影响当光伏并网发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后 ,由于其发电具有一定的随机性 ,因而可能导致电网内的频率时常出现波动 ,如果系统内的一次调频机组大多采用火电机组 ,将会在一定程度上影响到汽轮机叶片的使用寿命。S.Achilles 等人进行了大量的光伏电源通过配电网接入某区域电网的仿真研究，通过比较有无光伏、系统半负荷或满负荷、关停机组接纳光伏、减少机组出力接纳光伏、增长等同的负荷接纳光伏这八种情形的比较，获得了在在光伏电站不同的运行方式下，系统短路故障后动态恢复的一些结论，主要包括 [19]1 光伏电站的电压控制有助于系统的电压恢复。2 除了出力不确定性意外，光伏的另一个缺陷就是无法提供大的系统惯量，高比重光伏系统的稳定性取决于系统惯量的减少程度。3 在接纳方式上停运常规机组的危险性大于让机组少发。接纳高比重光伏需要常规机组增加旋转备用容量以加强协作灵活性。4 光伏对与系统频率向上的偏移具有较好的调节作用。5 低电压穿越功能使得电网恢复特性大为改观。6 主动孤岛检测对系统震荡性能有负面的影响4.5 对配网保护的影响目前，我国的中低压配电网主要是不接地（或经消弧线圈接地）单侧电源、辐射型供电网络。变电站保护是基于断路器的三段式电流保护，主馈线上装设自动重合闸装置，支路上装设熔断器。高比例 PV 的引入使得配电网从传统的单电源辐射状网络变成双端甚至多端网络，从而改变故障电流的大小、持续时间及其方向，结果可能会导致断路器保护误动、拒动及失去选择性；导致熔断器动作失去选择性。如当光伏并网发电系统的功率注入电网时 ,通常会使原来的继电器保护区缩小 ,从而可能影响继电保护装置的正常工作。PV 自身的故障也会对系统的运行和保护产生影响。另外，当 PV 系统抗孤岛保护功能时间不能与自动重合闸等装置协调配合时，就会引起非同期合闸、故障点电弧重燃等问题 [17]。4.6 其他影响在工业实践中，光伏并网发电装置出现了很多问题，其中最突出的就是直流注入分量和对地漏电流问题。光伏并网发电装置的直流分量注入主要是由逆变器产生的直流分量，其原因在于电压型逆变器的死区时间、电流型逆变器的重叠时间以及制造原因导致的器件特性的分散性。直流分量注入电网会引起诸如变压器直流偏磁、硅钢片高震动、偶次谐波电流、电流不对称而损害负载等问题，其中直流分量主要对配电网中的变压器、电流式漏电断路器（ RCD）、电流型变压器、计量仪表等造成不利影响，其中对电流式漏电断路器和变压器的影响最为不利，如造成电流式漏电断路器误动作和造成变压器磁通饱和、发热、产生谐波和噪音等。现在，许多并网光伏电源逆变器都采用隔离变压器来抑制直流分量的注入。有些国家明确规定要以带隔离变压器的方式接入，而有的国家并无此项强制性规定。但近十几年来，由于技术的进步，去除隔离变压器可带来更高的效率并减少生产成本，不带隔离变压器的光伏电源逆变器应用越来越广泛。采用脉宽调制（ Pulse-width mod-ulatim ， PWM ）技术的光伏电源逆变器可以抑制直流分量输出，但是当配电网电压含不平衡的正序和负序分量时，会对采用 PWM 技术的光伏电源逆变器的性能造成不利影响。光伏并网发电装置对地漏电流产生的原因电网系统中常把零线与地线短接，尤其在单相系统中，二光伏阵列本身与大地之间存在寄生电容，这就使得并网逆变器在直流侧与交流侧之间有了一个寄生的回路，从而产生了对地漏电流。对地漏电流会对电力系统产生重大影响，导致电力系统故障；电气装置本身而言，会降低其效率和使用寿命；引起电磁干扰，影响通信设备的正常工作。总之，配电网中引入少量分布式发电单元时（如PV）对整个电网不会构成太大的影响，然而当电网中存在较多的分布式发电单元，将会对系统电压形态、网损、电压闪变、谐波、短路电流、有功及无功潮流、电路元件的热负荷、暂态稳定、动态稳定、频率控制等特性有较大影响。盲目地引入分布式发电甚至有可能使系统的可靠性、稳定性以及电能质量恶化。5 结论随着光伏等新能源的快速发展，越来越多的分布式或是大型厂站新能源将会接入到电力系统中，现代电网正在经历着一轮新的革命。未来的电网随着新能源的不断接入，可能会出现以下一些新特点。传统的电力系统是负荷随机 -电源随动的模式，新能源受环境的影响，不可能具备随动的特性，因此未来电网会出现负荷随机-电源随机的新模式；由于系统发用两端特性的变化，未来电网的发电、输电、用电、调度、保护、运营管理将呈现高度的一体化。本文基于对光伏发电及其并网技术的全面介绍，分析总结了光伏并网对电网尤其是配电网的 6 方面影响，包括对负荷特性的影响，对配网规划调度与管理运营的影响，对电能质量的影响，对电网安全运行的影响，对保护及重合闸的影响，及其他两个工程中突出的影响。为了解决上述问题，学者们进行了探索提出了诸如模拟变电站、微电网、风光互补等新概念，取得了一定的成果。未来随着新能源的不断接入，新能源容量的不断增大，一方面应当制定合理的控制策略，控制策略是整体性的 [16] 。如实现风光互补，其他电源相互协调平衡等。另一方面应当提高光伏发电技术。如储能技术、谐波抑制、新型并网逆变器等。References 参考文献 [1] Li Yu, Liu Jingsen, Mechanism and Improvement of Direct Anonymous Attestation Scheme[J], Journal of Henan University, 2007, 372, P195-197 Ch. 李煜，刘景森，直接匿名证言方案的实现机制与改进思路 [J]，河南大学学报， 2007, 372， P195- 197. 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