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摘要：太阳能光伏发电与生物质能、风能等几种常见的新能源发电相比，具有其独特的优势，如太阳能取之不尽、用之不竭，发电过程中对环境无污染，最少环节的能量转换，无需运输就地取用等，近年来，随着全球能源危机的日益紧迫和各国加大光伏补贴，光伏产业迅速发展。本文就分布式光伏发电系统并网存在的问题及解决措施进行分析与研究。
关键词：分布式；光伏发电；并网
中图分类号：TM921文献标识码： A
引言
分布式光伏发电系统是常见的一种装机规模较小，布置在用户附近的发电系统，它采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能，为了保证用户用电的可靠性及电能质量，此系统通常需接入公共电网。
一、分布式光伏发电系统并网问题研究
1.电能质量概述
目前，世界上对于电能质量的要求和定义都不尽相同，各国根据自己的实际出发，对电能质量有着不同的理解和要求。但从供电企业的角度来看，电能质量是指电力企业提供的电能指标符合标准并满足供电的可靠性；从电气设备生产企业的角度来看，电能质量是指其生产的电气设备所要求的电气特性；从电力用户的角度来看，电能质量问题是指所有引起用户电力使用不正常的扰动。
2.光伏并网发电系统并入配电网电能质量问题分析
2.1谐波问题
2.1.1光伏并网发电系统并入配电网引起谐波的原因
分布式光伏并网发电系统一般通过逆变器进行并网，逆变器在运行中，为了防止逆变器桥臂上、下幵关管直通，一般都要在控制开关信号中加入死区进行控制，这样使得同一桥臂上的上、下两管在死区时间内两开关管都处于关断状态，由于电感的存在，在开关管同时关断的死区时间内，由于死区的存在，因此，逆变器输出的实际PWM波形与控制的理想PWM波形有一定的误差存在，两者之差是一组包络线为正负对称方波。对于方波，其即有基波分量，又含有大量的谐波分量。同时，由于开关元件的特性，在开关频率整数倍次附近含有较严重的高频谐波。这些谐波的存在会使电流存在畸变[1]。在配电网中，由于线路阻抗较大，谐波阻抗更不能忽略，因此会造成较大的电畸变（交流线路中电流波形发生畸变，不再保持同正常电压一样的正弦变化波形）。
光伏并网发电主要考虑光伏发电系统向电网注入有功功率，在基于旋转坐标系(d-q)的控制策略中，若只考虑交流基波分量，则在稳态时d-q坐标系中，有功电流和无功电流均为直流分量。毫无疑问，在这种情况下PI控制策略能实现无静差的控制。然而，如果并网点电压存在波形畸变或不平衡等情况，则在d-q坐标系中，有功电流和无功电流分量存在一定的交流量。而PI控制策略将无法对这些非直流信号实现有效的无静差控制[2]。
2.1.2光伏并网发电系统并入配电网引起谐波的危害
由于线路阻抗的存在，谐波电流在线路中的流动，会在线路阻抗上产生功率损耗，这些有功损耗是线路损耗的一部分。一般情况下，电网中的电流畸变不会很大，但是对于分布式光伏并网发电系统，由于逆变器运行中会产生高频谐波。这些高频谐波，由于集肤效应的存在会使得谐波阻抗比基波阻抗增加。由此，因高频谐波电流引起的线路上的有功功率损耗增加，从而造成整个电网的线损增加，导致输电效率降低。分布式光伏并網发电系统发出的谐波除造成线路损耗外，通过配电网线路的传播，同时会增加电力用户的功率损耗，并给电力用户的电气设备运行带来危害。
在配电网中，很多电力供应是通过架空线路来实现的。架空线路会产生电晕，而架空线路电晕的大小和电网电压峰值密切相关。正常情况下，电压基波都能达到电压指标的要求，不会超过规范额定值。但是因为谐波的原因，会造成电压峰值超过额定值而产生电晕现象（电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说，曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕）。从而造成电晕损耗增加。
在配电网中，有些配电线路是用电缆来实现的，谐波如架空线路一样会造成电缆额外的线路损耗外，还会使输出电压出现尖峰。这些尖峰会造成电缆绝缘层的老化加速，并导致局部放电，同时使其温升增高，大大影响电缆的使用，并导致电缆寿命缩短。正常情况下，对于额定电压越高的电缆，谐波造成的危害越大。由于电缆存在分布电容，这些电容和电感会引起谐振，引起谐波电流放大，从而加重上述危害，从而严重影响电缆使用寿命。
在配电网中，如果流过断路器的电流里存在较大畸变，含有严重的谐波时，当交流电流在过零点时，电流的di/dt超出正常值很多，造成断路器的遮断能力降低。当在谐波电流造成的畸变较大时，断路器将不能正常工作，从而造成保护的无法实现，从而降低了配电网的可靠性，导致事故，对电气设备造成严重损坏，严重时影响配电网的安全运行[3]。
在配电网中，居民用电中存在突光灯、计算机等产生大量谐波的家用电器。这些谐波都从都会从构成配电回路的零线流过。在设计的过程中，由于考虑到零线中的电流比各相火线中电流小的多，因此零线导线的导电面积较小。当有较大谐波电流流过零线时，会造成零线线路损耗增加，导线会过载而发热严重，从而造成线路绝缘老化，严重时绝缘失效，造成短路故障引发严重火灾事故，严重威胁电力用户的生命和财产安全。
谐波除了对配电电网造成线路损耗外，更严重的是因为谐波电流和线路阻抗的存在，会使配电网电压产生畸变，造成配电网电压不达标，造成配电网供电质量下降。而配电网是直接向电力用户提供电能，因此，其电能质量的下降将直接危及配电网各种用电设备的正常运行。尤其是高新精密设备和电力电子设备，它们对于电能质量的要求非常严格，超出一定范围的谐波都会造成这些设备控制出现较大偏差，从而造成电力用户的巨大损失。
谐波较大时，将严重影响电能计量的准确性，一旦出现较大误差，供电企业不能正确地获得各电力用户的实际用屯情况，从而给供电企业造成电能汁量混乱，扰乱电力市场的正常运行。谐波还会干扰配电系统外部的通信系统，在谐波较为严重的情况下，很有可能威胁通信设备安全，给运行维护人员造成人身安全威胁。
2.2直流偏置问题
2.2.1分布式光伏并网发电系统并入配电网引起直流偏置的原因
在分布式光伏并网发电系统中，逆变器基准正弦波的直流分量、控制电路中I运算放大器的零点漂移、开关管本身及其驱动电路不一致等诸多原因，都会导致逆变器输出电压产生直流分量。
2.2.2分布式光伏并网发电系统并入配电网引起直流偏置的危害
分布式光伏发电系统通过逆变器连接到配电网上,会产生直流分量注入配电网。配电网中接有大量的变压器，分布式光伏发电系统产生的直流分量会使变压器正常工作点发生偏移，从而导致变压器严重饱和；对于普通的无输出隔离的变压器连接逆变器，输出的直流分量通常达到300mv，这么大的直流分量对电源系统本身和其带的负载都会有不利影响。上述无输出隔离变压器的多个逆变器，如果直接并联配电网中，由于线路阻抗比较小，尽管各光伏并网系统输出电压中含有不大的直流分量，但也会在各并网逆变器间形成数量可观的直流环流。由于环流的存在，各光伏并网逆变器不能均分功率，从而大大影响了光伏发电并联系统的可靠性。同时，直流分量会增加配电电网电缆线路绝缘的老化；导致较高的高的电流峰值，可能导致保护出现误动，引起电力供应中断，影响配电网的安全稳定。
二、应对措施
1.健全分布式光伏发电接入配电网的技术标准与规范
研究分布式光伏并网发电系统的技术参数和控制特性及承受大电网扰动能力的技术要求与标准，研究光伏发电系统并网的规模、接入电压等级、无功配置和电能质量等方面的技术标准，引导与规范分布式光伏发电系统有序地接入电网，确保发电系统及其控制设备不会对电网的安全稳定运行造成危害。
2.建立计算全电网电压波动的频域分析方法
若光伏发电站接入的电网较薄弱时，则在设计时需要选择合适的并网点和电压等级。为了分析发电站的功率波动所引起的电网电压波动，需要区分发电站和电网其他部分产生的电压波动，建立计算全网电压波动的频域分析方法，通过对接入电网的电站进行电流源等效，将实际测量的电站的输出电流分解为有限数量正弦波形后进行分析。
3.研究改进监测控制软件
加强对配电网的实时监视、控制、调节，原配电网是一个无源的放射形电网，信息的采集、开关的操作及能源的调度相对简单。光伏发电系统的接入使此过程趋于复杂化，电网运行需要监视的信息类型和范围增加，需要协调控制的对象增加。此外，由于分布式光伏电站的加入，个别的配电网区域内的潮流流向可能由原来的单向变为双向，这样就需要对电能计量模式从软件端进行修改。
结束语
随着我国可再生能源发展规划和国家支持光伏发电并网政策的不断出台和落实，越来越多的分布式光伏发电系统并入配电网，为我国经济社会发展和电力供应做出了重大贡献。
参考文献：
[1]袁建华.分布式光伏发电微电网供能系统研究[D].山东大学,2011.
[2]贾志强.分布式光伏发电系统无功控制策略及算法的研究[D].武汉纺织大学,2012.
[3]李碧君,方勇杰,杨卫东,徐泰山.光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J].电网与清洁能源,2010,04:52-59.
关键词：分布式；光伏发电；并网
中图分类号：TM921文献标识码： A
引言
分布式光伏发电系统是常见的一种装机规模较小，布置在用户附近的发电系统，它采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能，为了保证用户用电的可靠性及电能质量，此系统通常需接入公共电网。
一、分布式光伏发电系统并网问题研究
1.电能质量概述
目前，世界上对于电能质量的要求和定义都不尽相同，各国根据自己的实际出发，对电能质量有着不同的理解和要求。但从供电企业的角度来看，电能质量是指电力企业提供的电能指标符合标准并满足供电的可靠性；从电气设备生产企业的角度来看，电能质量是指其生产的电气设备所要求的电气特性；从电力用户的角度来看，电能质量问题是指所有引起用户电力使用不正常的扰动。
2.光伏并网发电系统并入配电网电能质量问题分析
2.1谐波问题
2.1.1光伏并网发电系统并入配电网引起谐波的原因
分布式光伏并网发电系统一般通过逆变器进行并网，逆变器在运行中，为了防止逆变器桥臂上、下幵关管直通，一般都要在控制开关信号中加入死区进行控制，这样使得同一桥臂上的上、下两管在死区时间内两开关管都处于关断状态，由于电感的存在，在开关管同时关断的死区时间内，由于死区的存在，因此，逆变器输出的实际PWM波形与控制的理想PWM波形有一定的误差存在，两者之差是一组包络线为正负对称方波。对于方波，其即有基波分量，又含有大量的谐波分量。同时，由于开关元件的特性，在开关频率整数倍次附近含有较严重的高频谐波。这些谐波的存在会使电流存在畸变[1]。在配电网中，由于线路阻抗较大，谐波阻抗更不能忽略，因此会造成较大的电畸变（交流线路中电流波形发生畸变，不再保持同正常电压一样的正弦变化波形）。
光伏并网发电主要考虑光伏发电系统向电网注入有功功率，在基于旋转坐标系(d-q)的控制策略中，若只考虑交流基波分量，则在稳态时d-q坐标系中，有功电流和无功电流均为直流分量。毫无疑问，在这种情况下PI控制策略能实现无静差的控制。然而，如果并网点电压存在波形畸变或不平衡等情况，则在d-q坐标系中，有功电流和无功电流分量存在一定的交流量。而PI控制策略将无法对这些非直流信号实现有效的无静差控制[2]。
2.1.2光伏并网发电系统并入配电网引起谐波的危害
由于线路阻抗的存在，谐波电流在线路中的流动，会在线路阻抗上产生功率损耗，这些有功损耗是线路损耗的一部分。一般情况下，电网中的电流畸变不会很大，但是对于分布式光伏并网发电系统，由于逆变器运行中会产生高频谐波。这些高频谐波，由于集肤效应的存在会使得谐波阻抗比基波阻抗增加。由此，因高频谐波电流引起的线路上的有功功率损耗增加，从而造成整个电网的线损增加，导致输电效率降低。分布式光伏并網发电系统发出的谐波除造成线路损耗外，通过配电网线路的传播，同时会增加电力用户的功率损耗，并给电力用户的电气设备运行带来危害。
在配电网中，很多电力供应是通过架空线路来实现的。架空线路会产生电晕，而架空线路电晕的大小和电网电压峰值密切相关。正常情况下，电压基波都能达到电压指标的要求，不会超过规范额定值。但是因为谐波的原因，会造成电压峰值超过额定值而产生电晕现象（电晕的产生是因为不平滑的导体产生不均匀的电场，在不均匀的电场周围曲率半径小的电极附近当电压升高到一定值时，由于空气游离就会发生放电，形成电晕。因为在电晕的外围电场很弱，不发生碰撞游离，电晕外围带电粒子基本都是电离子，这些离子便形成了电晕放电电流。简单地说，曲率半径小的导体电极对空气放电，便产生了电晕）。从而造成电晕损耗增加。
在配电网中，有些配电线路是用电缆来实现的，谐波如架空线路一样会造成电缆额外的线路损耗外，还会使输出电压出现尖峰。这些尖峰会造成电缆绝缘层的老化加速，并导致局部放电，同时使其温升增高，大大影响电缆的使用，并导致电缆寿命缩短。正常情况下，对于额定电压越高的电缆，谐波造成的危害越大。由于电缆存在分布电容，这些电容和电感会引起谐振，引起谐波电流放大，从而加重上述危害，从而严重影响电缆使用寿命。
在配电网中，如果流过断路器的电流里存在较大畸变，含有严重的谐波时，当交流电流在过零点时，电流的di/dt超出正常值很多，造成断路器的遮断能力降低。当在谐波电流造成的畸变较大时，断路器将不能正常工作，从而造成保护的无法实现，从而降低了配电网的可靠性，导致事故，对电气设备造成严重损坏，严重时影响配电网的安全运行[3]。
在配电网中，居民用电中存在突光灯、计算机等产生大量谐波的家用电器。这些谐波都从都会从构成配电回路的零线流过。在设计的过程中，由于考虑到零线中的电流比各相火线中电流小的多，因此零线导线的导电面积较小。当有较大谐波电流流过零线时，会造成零线线路损耗增加，导线会过载而发热严重，从而造成线路绝缘老化，严重时绝缘失效，造成短路故障引发严重火灾事故，严重威胁电力用户的生命和财产安全。
谐波除了对配电电网造成线路损耗外，更严重的是因为谐波电流和线路阻抗的存在，会使配电网电压产生畸变，造成配电网电压不达标，造成配电网供电质量下降。而配电网是直接向电力用户提供电能，因此，其电能质量的下降将直接危及配电网各种用电设备的正常运行。尤其是高新精密设备和电力电子设备，它们对于电能质量的要求非常严格，超出一定范围的谐波都会造成这些设备控制出现较大偏差，从而造成电力用户的巨大损失。
谐波较大时，将严重影响电能计量的准确性，一旦出现较大误差，供电企业不能正确地获得各电力用户的实际用屯情况，从而给供电企业造成电能汁量混乱，扰乱电力市场的正常运行。谐波还会干扰配电系统外部的通信系统，在谐波较为严重的情况下，很有可能威胁通信设备安全，给运行维护人员造成人身安全威胁。
2.2直流偏置问题
2.2.1分布式光伏并网发电系统并入配电网引起直流偏置的原因
在分布式光伏并网发电系统中，逆变器基准正弦波的直流分量、控制电路中I运算放大器的零点漂移、开关管本身及其驱动电路不一致等诸多原因，都会导致逆变器输出电压产生直流分量。
2.2.2分布式光伏并网发电系统并入配电网引起直流偏置的危害
分布式光伏发电系统通过逆变器连接到配电网上,会产生直流分量注入配电网。配电网中接有大量的变压器，分布式光伏发电系统产生的直流分量会使变压器正常工作点发生偏移，从而导致变压器严重饱和；对于普通的无输出隔离的变压器连接逆变器，输出的直流分量通常达到300mv，这么大的直流分量对电源系统本身和其带的负载都会有不利影响。上述无输出隔离变压器的多个逆变器，如果直接并联配电网中，由于线路阻抗比较小，尽管各光伏并网系统输出电压中含有不大的直流分量，但也会在各并网逆变器间形成数量可观的直流环流。由于环流的存在，各光伏并网逆变器不能均分功率，从而大大影响了光伏发电并联系统的可靠性。同时，直流分量会增加配电电网电缆线路绝缘的老化；导致较高的高的电流峰值，可能导致保护出现误动，引起电力供应中断，影响配电网的安全稳定。
二、应对措施
1.健全分布式光伏发电接入配电网的技术标准与规范
研究分布式光伏并网发电系统的技术参数和控制特性及承受大电网扰动能力的技术要求与标准，研究光伏发电系统并网的规模、接入电压等级、无功配置和电能质量等方面的技术标准，引导与规范分布式光伏发电系统有序地接入电网，确保发电系统及其控制设备不会对电网的安全稳定运行造成危害。
2.建立计算全电网电压波动的频域分析方法
若光伏发电站接入的电网较薄弱时，则在设计时需要选择合适的并网点和电压等级。为了分析发电站的功率波动所引起的电网电压波动，需要区分发电站和电网其他部分产生的电压波动，建立计算全网电压波动的频域分析方法，通过对接入电网的电站进行电流源等效，将实际测量的电站的输出电流分解为有限数量正弦波形后进行分析。
3.研究改进监测控制软件
加强对配电网的实时监视、控制、调节，原配电网是一个无源的放射形电网，信息的采集、开关的操作及能源的调度相对简单。光伏发电系统的接入使此过程趋于复杂化，电网运行需要监视的信息类型和范围增加，需要协调控制的对象增加。此外，由于分布式光伏电站的加入，个别的配电网区域内的潮流流向可能由原来的单向变为双向，这样就需要对电能计量模式从软件端进行修改。
结束语
随着我国可再生能源发展规划和国家支持光伏发电并网政策的不断出台和落实，越来越多的分布式光伏发电系统并入配电网，为我国经济社会发展和电力供应做出了重大贡献。
参考文献：
[1]袁建华.分布式光伏发电微电网供能系统研究[D].山东大学,2011.
[2]贾志强.分布式光伏发电系统无功控制策略及算法的研究[D].武汉纺织大学,2012.
[3]李碧君,方勇杰,杨卫东,徐泰山.光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J].电网与清洁能源,2010,04:52-59.