交网光伏发电电能质量测试与分析

       光伏产业的日益发展，使得光伏发电在电网中的渗透率日益增加。光伏发电装容量不断增大，势必带来光伏发电的并网问题。由于与传统能源发电不同，光伏发电采用最大功率点跟踪策略进行控制，其输出功率与太阳辐照度和环境温度直接相关，而太阳辐照随着时间、气象等诸多因素的变化，不是一个稳定值，因此，光伏发电的输出功率在全天也具有较大的波动性。较大的波动性导致光伏系统并网侧电压波动、电压闪变、频率波动等一系列电能质量的问题。另外，由于太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转变为直流电能，再通过逆变器将直流电转变为交流电并入电网，在此过程中会产生较多谐波和直流分量等，影响用户电能质量，损害用户设备，造成经济损失。 
       为了防止大规模光伏并网发电出现风电发展中所出现的较大问题,我国在光伏发展初期就开始着手制订相应光伏标准,如较早的标准 GB/T19939——2005《光伏系统并网技术要求》对并网光伏系统谐波电流等电能质量方面提出了初步要求。其作为我国光伏领域的早期标准，为日后光伏系统电能质量标准内容的制订及限值设定提供了重要参考。企标Q/GDW617—2011《光伏电站接入电网技术规定》[21和Q/GDW618——2011《光伏电站接入电网测试规程》[3中针对光伏电站电能质量标准和测试方法进行了详细的规定。
       本文针对目前电能质量测试条件、测试方法和测试结果,展开对光伏系统电能质量测试的研究,比较不同测试环境下测试结果的差异。

1光伏系统电能质量测试
       根据企标Q/GDW 617—2011和Q/GDW618-2011中对电能质量测试限值和测试方法的要求,目前主要在现场针对并网光伏发电系统进行测试,在试验室针对光伏逆变器进行电能质量测试。逆变器试验室测试与光伏电站现场测试的主要区别包括2点:1试验室测试主要采用具有最大功率点(Maximum Power Point ,MPP)的模拟直流源代替现场测试中对应的直流源,即光伏阵列;②试验室测试时,逆变器并网点电压等级与现场不同,由于光伏电站多通过升压变电站后并网,因此现场电能质量测试点在高压侧。
1电能质量要求
( 1）谐波电流要求。Q/GDW 617——2011对于光伏系统公共连接点谐波注人电流要求满足GB/T 14549—-1993《电能质量公共电网谐波》要求“，在不同标准电压和基准短路容量条件下,对光伏电站允许注入谐波电流值的要求也不同。目前,试验室测试并网电压等级(380 V)和光伏电站现场并网电压等级( 35kV)得出的相应谐波电流允许值如表1所示。
( 2）电压不平衡度。Q/GDW 617——2011对于电压不平衡度要求:电网正常运行时，负序电压不平衡不得超过2%,短路时不得超过4%；低压系统零序电压限值暂不规定,但各项电压满足GB/T 12325——2008《电能质量供电电压偏差》的要求。
( 3）读取电能质量测试装置测试的数据、分析,计算出并网电流各次谐波含量、并网电流直流分量、并网点电压偏差、电压波动、闪变和电压不平衡度;输出统计报表和测试曲线,并判别被测逆变器的数据是否满足标准的要求。
2现场测试方法
在光伏电站现场开展并网性能测试,依据的主要是企标Q/GDW 617—2011, Q/GDW 618—2011以及各地电网关于光伏电站的调度规程。进行并网性能测试时,需要光伏电站具备开展测试的相关条件,测试具备相应的测试人员条件,环境条件也要符合标准要求。
2.1被测光伏电站条件
被测光伏电站在进行并网性能测试时,应具备以下条件:
(1)光伏电站硬件和软件按照制造商的产品说明书和有关标准完成安装和调试;
(2)光伏电站的设计、安装和调试的资料齐全,具备完整的分项调试合格报告;
(3)光伏电站的各设备调试完成,能够提交总体调试方案,具备总体调试合格报告。
2.2测试环境条件
由于光伏组件、光伏逆变器等主体设备对环境条件的敏感性,测试的环境条件对测试结果有很大影响,因此测试应具备合适的环境条件。一股情况下,推荐的测试环境温度为-10~o ,环境湿度不超过90%。
2.3测试方法
按照Q/GDW 618—-2011要求,光伏系统现场电能质量测试示意图如图2所示。
依据Q/GDW 618—2011标准,光伏电站进行测试设备的接线依照图2所示。测试过程中,使用的电能质量测试装置应满足GB 19862—2005 , DL/T 1028--2006的技术要求,并符合IEC61000-4-30:2003 Class A 的测量精度要求。
2.4 测试流程
(1)校核被测光伏电站实际投入电网的容量;
(2)运用电能质量测试装置测量测试点的各项电能质量指标参数,在系统正常运行的方式下,连续测量至少满1 d(具备一个完整的辐照周期);
(3)读取电能质量测试设备测试数据并进行分析，输出统计报表和测量曲线。