广州艾博电力设计院有限公司
摘要本文主要阐述了大型地面光伏电站接入电力系统的电能质量分析。针对某110kV接入电网的大型地面光伏电站，给出电压偏差、谐波、电压波动与闪变、电压三相不平衡、无功补偿等电能质量指标的限制值计算方法，并分析光伏电站接入点的电能质量指标是否达标，最后提出相应的电能质量控制措施。
关键词：大型地面光伏电站；电能质量
引言
大型地面光伏电站凭借发电量大、投资收益稳定、节能减排效果明显等诸多优势，已成为近年的能源投资热点，市场渐趋成熟。但是，由于大型地面光伏电站采用逆变器并入电网，不可避免地会产生电能质量问题。本文主要分析大型光伏电站接入电网的电能质量问题，包括：PCC点及电网运行方式的选择；电压偏差、谐波、三相电压不平衡、电压波动与闪变、无功补偿容量等电能质量指标的限制值确定与仿真计算；电能质量的控制措施确定；控制措施实施后的效果评估等，确保光伏电站接入点的各项电能质量指标符合国标规范的要求。
典型案例：
某大型地面光伏电站，装机容量为50MWp，拟新建50MVA的110kV升压站1座，采用1回110kV出线接入电网。逆变器拟采用某厂家500kW及630kW集中式逆变器。
1PCC点及电网运行方式的选择
PCC点（PointofCommonCoupling），即公用连接点，指电力系统中一个以上用户负荷连接处，通常以电网资产的产权分界点作为PCC点。因为光伏的送出线路一般由用户建设，所以通常取光伏升压站的对侧站点作为PCC点。
电网运行方式的选取，应采用系统最小运行方式，即最大系统阻抗的情况进行分析。这是由于PCC点可以承受的谐波电流与短路电流是正相关的，必须选择最严重的工况，才能校核谐波电流是否超过规范的要求。
2电能质量指标的限制值计算
2.1电压偏差
根据GBT19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》，当公共电网电压处于正常范围内时，通过110kV及以上电压等级接入电网的光伏发电站应能够控制其公共连接点电压在标称电压的97%~107%范围内。
2.2谐波含量
公用电网谐波限值主要针对PCC点的谐波电压，以及光伏电站注入PCC点的各次谐波电流含量。
GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定了0.38kV~110kV公用电网谐波电压限值。根据案例接入情况，以下给出110kV标称电压下的谐波电压限制值，如表1所示。
该规范也给出了基准短路容量下注入系统公共连接点的各次谐波电流允许值。同上，以下仅给出110kV标称电压下的各次谐波电流允许值，如表2所示。
由于PCC点的最小方式下短路容量与基准短路容量不同，需要根据该规范附录B及附录C3的公式进行相应的换算，最终得出PCC点在最小方式短路容量下的各次谐波电流允许值。
2.3电压波动与闪变
根据GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》中规定，电压波动与闪变限值如以下表3、表4所示。
110kV电网属于高压系统，而光伏电站的变动频度r一般小于10次/h，电压波动限值应为2.5%。PCC点的电压闪变限值为1，但应根据光伏用户的协议容量，采用上述规范5.2.3款的计算方法，计算单个光伏用户的闪变限值。
2.4电压三相不平衡
根据GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》的规定：
接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。
因此单个用户引起考核点三相电压不平衡度应小于1.3％。
2.5无功补偿容量
根据GBT19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》规定，光伏电站的无功容量应满足下列要求：
（1）容性无功容量能够补偿光伏发电站满发时站内汇集线路、主变压器的感性无功及光伏发电站送出线路的一半感性无功之和；
（2）感性无功容量能够补偿光伏发电站自身的容性充电无功功率及光伏发电站送出线路的一半充电无功功率之和。
3光伏电站接入电网电能质量指标计算
电压偏差、无功补偿容量、谐波含量3个指标需要利用ETAP的潮流计算、谐波计算功能，计算大型地面光伏项目的实际值。电压波动与闪变、电压三相不平衡则一般通过光伏出力特性模型，利用规范中的计算方法计算出实际值。最后对比实际值与限制值的差异，校核地面光伏项目的电能质量指标是否符合规范的要求。
4电能质量控制措施
电压质量控制措施分为多种：电压偏差、无功补偿容量的控制措施，一般配置适宜容量的无功补偿装置（SVC、SVG、固定电容器、电抗器等）即可实现；谐波的控制一般需要装设滤波器，主要包括无源滤波器（单调谐、C型高通滤波等）及有源滤波器（APF）；电压波动与闪变、电压三相不平衡等，则一般需要静态无功补偿装置（SVG等），以满足快速变化、或不同相的无功功率需求。
5控制措施效果评估
通过在ETAP仿真模型中接入SVG等控制设备，选择适宜的容量与控制方式，对实施前后的仿真数据进行效果评估，确定其控制措施实施后的电能质量是否符合规范要求。
结论
本文通过对某大型地面光伏电站的电能质量分析，给出了电压偏差、谐波、电压波动与闪变、电压三相不平衡等电能质量指标的限制值计算方法，并介绍了静止无功补偿装置SVG和电力滤波器等的电能质量控制措施，将光伏电站的谐波电流有效地限制在满足规范要求的范围内。