CN102928663B - 一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏发电并网性能测试领域，尤其是一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法。其特点是，包括如下步骤：(1)对辐照强度进行分区间统计；(2)对定时采样的日间实测辐照强度按上述区级进行统计分析；(3)在光伏发电系统并网点处对光伏发电系统电压、电流量进行采样并记录；(4)确定对应不同辐照强度下测得的电流谐波权重系数；(5)求得各辐照情况下的谐波电流平均值；(6)按此辐照强度区间的电流谐波权重系数计算加权电流谐波值。本发明方法是在并网光伏发电系统电流谐波符合标准限值要求下的情况下，加权得到光伏发电系统在辐照强度变化时的综合电流谐波，从而实现对光伏发电系统性能优劣的评价。

Description

一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法

技术领域

本发明涉及光伏发电并网性能测试领域，尤其是一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法。

背景技术

近些年来，以风能、太阳能为代表的新能源在全球得到迅猛发展。截止2011年底，全球太阳能发电累计装机容量达到6740万千瓦。其中，光伏组件产量增速惊人，2010年太阳电池组件出货量达20GW，2011年光伏组件出货量达27.7GW，预计至2020年，光伏组件年产量将达40GW。当大量光伏发电系统并入电网后，电能质量问题不可避免。高渗透率下光伏并网将产生特殊电能质量问题。随着新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量的要求不断提高，电能质量逐渐成为电力企业和用户共同关心的问题。

光伏并网逆变器为电力电子装置，采用高频调制，一般工作于非线性状态，会产生谐波电流，引起电网电压畸变，降低电力系统的功率因数，严重影响电能质量；同时，由于光伏逆变器的运行受自然环境的影响，输出功率不规律且变化频繁，若控制的不合理就会直接或者间接地造成电压波动和闪变，也会加剧电能质量问题。因此，大规模光伏发电的引入会对电力系统造成严重的污染，产生更为严重的电能质量问题。

针对传统电力系统电能质量问题的检测与评估，国内外一直都十分关注，许多电力系统专家和学者已经进行了广泛深入的研究，在抑制谐波、降低电压波动和闪变、解决三相不平衡方面，目前技术已相当成熟。但由于光伏发电并网在测试电能质量时，存在辐照变化等特殊因素影响，传统的检测和分析方法仅能对并网光伏系统是否符合标准限值作出判断，难以对符合标准要求的并网光伏性能优劣作出判断并改进。因此，在光伏发电大量接入电力系统的条件下，考虑其特殊性，建立相应的评价指标和评估方法，保障其在复杂工况下安全高效运行有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法，能够在对光伏发电系统并网的谐波指标进行测量与评价时克服光照波动的影响。

一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法，其特别之处在于，包括如下步骤：

（1）对辐照强度进行分区间统计，统计区间分别为H₀～100W/m²，100～200W/m²，200～300W/m²，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²以上，其中H₀为逆变器启动的最低辐照；

（2）利用光伏并网发电系统所在区域的连续12个月太阳光辐照度实测数据，对定时采样的日间实测辐照强度按上述区间进行统计分析，分别得到统计时段内各辐照强度在所分区间的分布频次；

（3）在对光伏电站进行电能质量的测量周期内，在光伏并网发电系统并网点处对光伏并网发电系统电压、电流量进行采样并记录，同步记录日间辐照强度H，从而通过后续数据处理得到在不同辐照强度下的各次电压谐波值和电流谐波值；

（4）根据步骤（2）所得当地各辐照强度分布频次，分别为P₀，P₁，……，P₁₀，确定其对应不同辐照强度下测得的电流谐波权重系数，分别为w₀，w₁，……，w₁₀，且

（5）将电流谐波值对应辐照强度分区间，即H₀～100W/m2，100～200W/m2，200～300W/m2，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²以上分类，并做算术平均，求得各辐照情况下的电流谐波算术平均值，分别为I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}；

（6）依据上述区间，将对应某辐照强度的区间内的电流谐波算术平均值I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}，按此辐照强度区间的电流谐波权重系数计算加权电流谐波值I_{h_weighted}，

$I_{h\_\mathrm{weighted}}=\underset{n=0}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{w}_n\·I_{n\_h}$

作为对比、评估光伏并网发电系统电流谐波注入值相对大小的指标量。

本发明提出了一种考虑光伏发电系统当地日照资源特点、基于辐照度实测历史数据赋值的光伏发电系统电流谐波指标量化评估方法，可以在对光伏发电系统并网的谐波指标进行测量与评价时克服光照波动的影响，为各类光伏系统接入电网的电能质量提供一种评价方法。该方法与现有测量方法相比具有如下有益效果：1、将辐照度这一关键因素引入光伏并网发电系统电流谐波注入的评估指标；2、首次根据考虑不同地区不同辐照资源分布，按辐照度分区间多权重系数对光伏发电并网系统进行一定量化。

本发明的有益效果还在于：在并网光伏发电系统电流谐波符合标准限值要求下的情况下，按照当地辐照强度分布的统计结果，确定电流谐波加权评估的系数，加权得到光伏发电系统在辐照强度变化时的综合电流谐波，从而实现对光伏发电系统性能优劣的评价。

附图说明

附图1为谐波电流及THD随辐照度变化的示意图；

附图2为谐波电流及THD随辐照度变化的示意图；

附图3为对某地三年内测得辐照强度进行统计分析的柱状图。

具体实施方式

本发明方法是一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法，包括如下步骤：

1）、对辐照强度进行分区间统计，统计区间分别为H0～100W/m²，100～200W/m²，200～300W/m²，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²以上，其中H0为逆变器启动的最低辐照；

2）、利用光伏发电系统所在区域的连续12个月太阳光辐照度实测数据，对定时（建议采样频率不低于5分钟1次）采样的日间实测辐照强度按上述区级进行统计分析，分别得到统计时段内各辐照强度在所分区间的分布频次；

3）、在对光伏电站进行电能质量的测量周期内，在光伏发电系统并网点处对光伏发电系统电压、电流量进行采样并记录，同步记录日间辐照强度H，通过后续数据处理得到在不同辐照强度下的各次电压谐波值和电流谐波值；

4）、根据步骤2）所得当地各辐照强度分布频次，分别为P₀，P₁，……，P10，确定其对应不同辐照强度下测得的电流谐波权重系数，分别为w₀，w₁，……，w₁₀，且

5）、将电流谐波实测值对应辐照强度分区间（H0～100W/m2，100～200W/m2，200～300W/m2，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m2以上）分类，并做算术平均，求得各辐照情况下的谐波电流平均值，分别为I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}。

6)依据上述辐照强度区间，将对应某辐照强度区间内的电流谐波算术平均值I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}，按此辐照强度区间的电流谐波权重系数计算加权电流谐波值I_{h_weighted}，

$I_{h\_\mathrm{weighted}}=\underset{n=0}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{w}_n\·I_{n\_h}$

作为对比、评估并网光伏发电系统电流谐波注入值相对大小的指标量。

本发明是针对并网光伏发电系统提出的一种基于辐照度历史实测数据赋权的光伏发电系统电流谐波指标量化评估方法。由于光伏发电系统与常规电源不同，通常为电力电子装置，且光伏发电系统出力受自然辐照度变化影响，存在较大范围的波动，造成常规测量与评估方法难以准确反映电能质量，尤其是光伏发电电流谐波注入值及THD随辐照变化的问题。如图1所示。

因此，当辐照度选取不合适时，并网光伏系统谐波电流注入值及THD的评估会产生不合理的结果。本专利评估方法针对上述问题，提出一种考虑光伏发电系统当地日照资源特点、利用辐照度实测历史数据对各种日照条件下实测结果赋权的光伏发电系统电流谐波指标量化评估方法。

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明：

对某地三年内测得辐照强度进行统计分析，假定光伏发电系统在20W/m²时开始工作，将辐照强度分布区间设定为20～100W/m²，100～200W/m²，200～300W/m²，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²。通过柱状图显示统计结果如图2所示：

权重值分别为：

w0	0.270388
		W1	0.177026
W2	0.131477
		W3	0.109098
W4	0.099098
		W5	0.06804
W6	0.055813
		W7	0.045889
W8	0.029171
		W9	0.013095
W10	0.000906

对当地某光伏电站进行测量，测得谐波电流如下：

	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	100%
											0	4.83373	4.77908	4.48848	4.48847	4.48847	4.14321	3.79794	4.48847	4.48847	4.14321
1	29.5491	79.1854	129.593	117.459	308.878	295.605	311.599	327.593	343.587	359.582
											2	0	0.2914	0.60276	0.56851	1.03019	1.05564	1.3871	1.71856	2.05002	2.38148
3	0.12121	0.36649	0	0.14465	0.57603	0.24928	1.11327	1.97727	2.84126	3.70525
											4	0	0	0	0	0.60671	0.26729	1.49107	2.71484	3.93861	5.16238
5	0	0	0.68185	0.24994	0.83941	0.88963	0.75839	0.62715	0.4959	0.36466
											6	0	0	0	0	0	0	0.3696	0.73921	1.10881	1.47842

按测试地辐照权重系数和各区间内的平均电流值，并按公式

$I_{h\_\mathrm{weighted}}=\underset{n=0}{\overset{10}{\mathrm{\Σ}}}{w}_n\·I_{n\_h}$

计算得到I_{h_weighted}=2.011628，THD_{_weighted}=0.0134。

Claims (1)

1.一种光伏并网发电系统电流谐波指标量化评估方法，其特征在于，包括如下步骤： 

(1)对辐照强度进行分区间统计，统计区间分别为H₀～100W/m²，100～200W/m²，200～300W/m²，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²以上，其中H₀为逆变器启动的最低辐照； 

(2)利用光伏并网发电系统所在区域的连续12个月太阳光辐照度实测数据，对定时采样的日间实测辐照强度按上述区间进行统计分析，分别得到统计时段内各辐照强度在所分区间的分布频次； 

(3)在对光伏电站进行电能质量的测量周期内，在光伏并网发电系统并网点处对光伏并网发电系统电压、电流量进行采样并记录，同步记录日间辐照强度H，从而通过后续数据处理得到在不同辐照强度下的各次电压谐波值和电流谐波值； 

(4)根据步骤(2)所得当地各辐照强度分布频次，分别为P₀，P₁，……，P₁₀，确定其对应不同辐照强度下测得的电流谐波权重系数，分别为w₀，w₁，……，w₁₀，且

(5)将电流谐波值对应辐照强度分区间，即H₀～100W/ m²，100～200W/ m²，200～300W/ m²，300～400W/m²，400～500W/m²，500～600W/m²，600～700W/m²，700～800W/m²，800～900W/m²，900～1000W/m²及1000W/m²以上分类，并做算术平均，求得各辐照情况下的电流谐波算术平均值，分别为I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}； 

(6)依据上述区间，将对应某辐照强度的区间内的电流谐波算术平 均值I_{1_h}，I_{2_h}，…，I_{n_h}，按此辐照强度区间的电流谐波权重系数计算加权电流谐波值I_{h_weighted}， 

作为对比、评估光伏并网发电系统电流谐波注入值相对大小的指标量。