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摘要：采用屋顶光伏发电满足了节能环保的要求，这与我国近年来所推行的可持续发展战略相适应。但光伏并网会产生直流分量注入问题，进而对电网中的电能质量和运行稳定性造成不利影响。本文对因屋顶光伏电站并网而造成的直流注入问题的成因和危害进行了分析，并对几种直流抑制方法进行了探讨，希望对推动相关工作的开展可以有所借鉴。
关键词：屋顶光伏电站；并网；直流分量注入；直流抑制方法
随着屋顶光伏电站的推广和应用，对其并网影响的研究也越来越多地受到人们的关注。但大量实践活动证明，光伏发电系统接入电网会对电网的电能质量造成较大的影响，甚至会降低电网运行的稳定性。为了快速提升屋顶光伏发电系统的运用水平，我们必须解决光伏直流分量的注入问题。本文正是基于这一出发点，对因屋顶光伏电站并网而造成的直流注入问题的成因和危害进行了分析，并对几种直流抑制方法进行了探讨，希望对推动相关工作的开展可以有所借鉴。
1直流分量注入产生的原因
当光伏发电系统接入电网时，会导致并网致逆变器的输出电流中包含直流分量，而造成这一问题的原因主要包括以下几个方面：第一，逆变桥中的开关动作不协调，进而导致直流分量注入。现实中，考虑到开关器件的元件参数有时很难做到完全一致，而这就会造成其阻抗等特性也会存在不同，使得充电和放电时间表现出差异，所以器件的开通时间和关断时间也就自然无法做到一致，促使直流分量产生。第二，当A/D转换元件和电流传感器等测量元件存在偏移误差时，会造成正弦电流的正负半周出现不对称的问题，而这就会引发直流分量注入问题。第三，实际中，如果参考电流中存在直流分量，那么会使电流控制器出现误差，进而造成逆变器输出的电流中也带有直流分量。
当屋顶光伏电站接入电网时，需要通过并网逆变器来进行连接，但上述原因会导致逆变器输出中存在直流分量，如果不采取措施对其进行抑制，那么直流分量就会注入到电网中，进而给电网的电能质量和运行稳定性造成巨大影响。
2直流分量注入的危害
因为屋顶光伏电站接入电网时会产生直流分量注入问题，而这会对电网的电能直流和运行稳定性造成不利影响，所以电网公司会对并网逆变器中输出的较大直流电流进行抑制。下面将对直流分量注入所造成的危害进行详细讨论。
首先，直流分量会改变变压器的工作点，进而可能使变压器饱和，引发波形失真并加大损耗。同时，直流分量注入还会使设备温度提升，而这会对设备的运行性能和工作寿命造成不利影响。第二，当直流分量注入到电网中时，会造成电网中变压器的初级电流峰值过高，而这就可能损坏电流保护装置。过高的直流注入会使输入保险烧断，导致电网运行中断，给正常的电力供应保障造成严重冲击。第三，直流分量注入到電网中后，还会使电网中的一些金属材质出现腐蚀，而这会给电网的安全运行埋下隐患。第四，众所周知，电网中连接有较多负载，而直流分量的注入可能会使这些负载设备出现过热等问题，进而对负载设备的正常工作造成诸多不利因素。最后，直流分量的注入还会降低测量的精确度，严重地甚至还会造成谐波含量增加。
当屋顶光伏发电系统接入电网时，如果不对并网逆变器输出的直流分量进行抑制，那么就会导致直流分量持续注入到电网中，而这就会造成电网中的大量配变出现直流偏磁问题，进而带来上述危害。所以近年来，光伏发电系统接入电网时产生的直流分量注入问题引起了越来越多国家的重视，欧美等发达国家与我国都针对光伏并网的直流分量注入问题，制定了严格的标准（如表1所示），而我们则必须采取相关措施对直流注入进行抑制，促使注入的最大直流在标准规定的范围之内。
3屋顶光伏电站并网直流抑制方法
上文已对屋顶光伏电站并网直流注入的危害进行了分析，以下将对这种危害的削减措施进行详细讨论。现阶段，国外一些学者针对并网逆变器输出的直流分量问题提出了一些解决方法，而我国对这方面的研究还比较少。目前所提出的各种直流抑制方法可以归纳为以下三类：采用可抑制直流分量的逆变器、检测补偿法以及电容隔直法。下面将对这三类方法进行分别论述。
1.采用可抑制直流分量的逆变器
现实中，屋顶光伏电站在接入电网时，需要通过并网逆变器进行连接，如果并网逆变器本身对直流注入具有抑制作用，那么自然就会降低直流分量注入的不利影响。目前具有抑制直流分量注入的逆变器拓扑虽然不多，但诸如半桥逆变器等拓扑特殊的逆变器却具有此功能。在实际运行中，半桥逆变器中的开关器件不论处于何种状态，并网电流都必须经过直流侧电容，而这就会对直流分量产生隔离效果，进而实现对直流分量的抑制功能。但这种方法也有一定的缺陷，那就是与全桥拓扑相比，半桥拓扑的直流侧输入会翻倍，进而导致半桥逆变器中的开关器件会承受较大的电压应力，促使开关动作变慢、开关损耗加大。
2.检测补偿法
除了可以采用具有抑制直流分量注入的逆变器之外，还可以通过检测补偿法来消除直流分量的不利影响。该方法首先需要对注入直流分量进行准确测量，然后再调用控制算法生成补偿量，最终用生成的补偿量来与直流分量进行互相抵消，进而达到对直流注入的抑制目的。现实中，考虑到光伏并网产生的直流分量对比交流量会很小，所以能否对并网电流中的直流分量进行准确测量成为了制约这种方法应用成效的关键。也正是鉴于此原因，所以目前相关人员对该方法的研究都主要集中在对直流电流分量的准确检测上。
3.电容隔直法
电容因为其特殊的结构和功能，所以具有隔离直流的功能。而我们就可以利用电容的这一特性来实现对直流分量的阻断，使其无法进入电网。具体而言，可以通过在电路中串联电容的方式来抑制直流注入问题。该方法在实际应用中又可以进一步细分为直接串联隔直电容法和虚拟电容法。前者顾名思义，就是在电网与并网逆变器间直接串联一个隔直电容，缺点是需要串联的电容容值必须足够大，而这会造成系统成本和体积随之增加；后者则是针对前者的缺陷而提出的一种改进方法，它通过采用特殊的控制策略来代替无极性电容，进而可以达到隔直电容零损耗和直流分量零注入的效果。
4结束语
采用屋顶光伏发电满足了节能环保的要求，这与我国近年来所推行的可持续发展战略相适应。但光伏并网会产生直流分量注入问题，进而对电网中的电能质量和运行稳定性造成不利影响。鉴于此，我们必须采取相关措施来对直流分量进行抑制，进而为新能源综合开发和利用工作的顺利进行提供充分保障。
参考文献：
[1]张策.屋顶太阳能发电系统并网控制方式研究[J].城市建筑，2016，（6）：366
[2]李圣清，杨峻，徐天俊，等.大型屋顶光伏电站并网直流抑制方法[J].电气传动，2015，45（11）：12-15
[3]贾丹，罗利文.单相光伏并网逆变器直流注入问题的成因和抑制[J].现代电子技术，2014，（6）：147-150
[4]郭小强，伞国成，沈虹，等.三相光伏并网逆变器直流注入抑制策略[J].电力电子技术，2013，47（3）：65-66
[5]陈堃，刘涤尘，陈昌旺.基于改进重复控制的光伏并网逆变器直流注入抑制策略[J].电工技术学报，2013，28（10）：159-166
关键词：屋顶光伏电站；并网；直流分量注入；直流抑制方法
随着屋顶光伏电站的推广和应用，对其并网影响的研究也越来越多地受到人们的关注。但大量实践活动证明，光伏发电系统接入电网会对电网的电能质量造成较大的影响，甚至会降低电网运行的稳定性。为了快速提升屋顶光伏发电系统的运用水平，我们必须解决光伏直流分量的注入问题。本文正是基于这一出发点，对因屋顶光伏电站并网而造成的直流注入问题的成因和危害进行了分析，并对几种直流抑制方法进行了探讨，希望对推动相关工作的开展可以有所借鉴。
1直流分量注入产生的原因
当光伏发电系统接入电网时，会导致并网致逆变器的输出电流中包含直流分量，而造成这一问题的原因主要包括以下几个方面：第一，逆变桥中的开关动作不协调，进而导致直流分量注入。现实中，考虑到开关器件的元件参数有时很难做到完全一致，而这就会造成其阻抗等特性也会存在不同，使得充电和放电时间表现出差异，所以器件的开通时间和关断时间也就自然无法做到一致，促使直流分量产生。第二，当A/D转换元件和电流传感器等测量元件存在偏移误差时，会造成正弦电流的正负半周出现不对称的问题，而这就会引发直流分量注入问题。第三，实际中，如果参考电流中存在直流分量，那么会使电流控制器出现误差，进而造成逆变器输出的电流中也带有直流分量。
当屋顶光伏电站接入电网时，需要通过并网逆变器来进行连接，但上述原因会导致逆变器输出中存在直流分量，如果不采取措施对其进行抑制，那么直流分量就会注入到电网中，进而给电网的电能质量和运行稳定性造成巨大影响。
2直流分量注入的危害
因为屋顶光伏电站接入电网时会产生直流分量注入问题，而这会对电网的电能直流和运行稳定性造成不利影响，所以电网公司会对并网逆变器中输出的较大直流电流进行抑制。下面将对直流分量注入所造成的危害进行详细讨论。
首先，直流分量会改变变压器的工作点，进而可能使变压器饱和，引发波形失真并加大损耗。同时，直流分量注入还会使设备温度提升，而这会对设备的运行性能和工作寿命造成不利影响。第二，当直流分量注入到电网中时，会造成电网中变压器的初级电流峰值过高，而这就可能损坏电流保护装置。过高的直流注入会使输入保险烧断，导致电网运行中断，给正常的电力供应保障造成严重冲击。第三，直流分量注入到電网中后，还会使电网中的一些金属材质出现腐蚀，而这会给电网的安全运行埋下隐患。第四，众所周知，电网中连接有较多负载，而直流分量的注入可能会使这些负载设备出现过热等问题，进而对负载设备的正常工作造成诸多不利因素。最后，直流分量的注入还会降低测量的精确度，严重地甚至还会造成谐波含量增加。
当屋顶光伏发电系统接入电网时，如果不对并网逆变器输出的直流分量进行抑制，那么就会导致直流分量持续注入到电网中，而这就会造成电网中的大量配变出现直流偏磁问题，进而带来上述危害。所以近年来，光伏发电系统接入电网时产生的直流分量注入问题引起了越来越多国家的重视，欧美等发达国家与我国都针对光伏并网的直流分量注入问题，制定了严格的标准（如表1所示），而我们则必须采取相关措施对直流注入进行抑制，促使注入的最大直流在标准规定的范围之内。
3屋顶光伏电站并网直流抑制方法
上文已对屋顶光伏电站并网直流注入的危害进行了分析，以下将对这种危害的削减措施进行详细讨论。现阶段，国外一些学者针对并网逆变器输出的直流分量问题提出了一些解决方法，而我国对这方面的研究还比较少。目前所提出的各种直流抑制方法可以归纳为以下三类：采用可抑制直流分量的逆变器、检测补偿法以及电容隔直法。下面将对这三类方法进行分别论述。
1.采用可抑制直流分量的逆变器
现实中，屋顶光伏电站在接入电网时，需要通过并网逆变器进行连接，如果并网逆变器本身对直流注入具有抑制作用，那么自然就会降低直流分量注入的不利影响。目前具有抑制直流分量注入的逆变器拓扑虽然不多，但诸如半桥逆变器等拓扑特殊的逆变器却具有此功能。在实际运行中，半桥逆变器中的开关器件不论处于何种状态，并网电流都必须经过直流侧电容，而这就会对直流分量产生隔离效果，进而实现对直流分量的抑制功能。但这种方法也有一定的缺陷，那就是与全桥拓扑相比，半桥拓扑的直流侧输入会翻倍，进而导致半桥逆变器中的开关器件会承受较大的电压应力，促使开关动作变慢、开关损耗加大。
2.检测补偿法
除了可以采用具有抑制直流分量注入的逆变器之外，还可以通过检测补偿法来消除直流分量的不利影响。该方法首先需要对注入直流分量进行准确测量，然后再调用控制算法生成补偿量，最终用生成的补偿量来与直流分量进行互相抵消，进而达到对直流注入的抑制目的。现实中，考虑到光伏并网产生的直流分量对比交流量会很小，所以能否对并网电流中的直流分量进行准确测量成为了制约这种方法应用成效的关键。也正是鉴于此原因，所以目前相关人员对该方法的研究都主要集中在对直流电流分量的准确检测上。
3.电容隔直法
电容因为其特殊的结构和功能，所以具有隔离直流的功能。而我们就可以利用电容的这一特性来实现对直流分量的阻断，使其无法进入电网。具体而言，可以通过在电路中串联电容的方式来抑制直流注入问题。该方法在实际应用中又可以进一步细分为直接串联隔直电容法和虚拟电容法。前者顾名思义，就是在电网与并网逆变器间直接串联一个隔直电容，缺点是需要串联的电容容值必须足够大，而这会造成系统成本和体积随之增加；后者则是针对前者的缺陷而提出的一种改进方法，它通过采用特殊的控制策略来代替无极性电容，进而可以达到隔直电容零损耗和直流分量零注入的效果。
4结束语
采用屋顶光伏发电满足了节能环保的要求，这与我国近年来所推行的可持续发展战略相适应。但光伏并网会产生直流分量注入问题，进而对电网中的电能质量和运行稳定性造成不利影响。鉴于此，我们必须采取相关措施来对直流分量进行抑制，进而为新能源综合开发和利用工作的顺利进行提供充分保障。
参考文献：
[1]张策.屋顶太阳能发电系统并网控制方式研究[J].城市建筑，2016，（6）：366
[2]李圣清，杨峻，徐天俊，等.大型屋顶光伏电站并网直流抑制方法[J].电气传动，2015，45（11）：12-15
[3]贾丹，罗利文.单相光伏并网逆变器直流注入问题的成因和抑制[J].现代电子技术，2014，（6）：147-150
[4]郭小强，伞国成，沈虹，等.三相光伏并网逆变器直流注入抑制策略[J].电力电子技术，2013，47（3）：65-66
[5]陈堃，刘涤尘，陈昌旺.基于改进重复控制的光伏并网逆变器直流注入抑制策略[J].电工技术学报，2013，28（10）：159-166