杜秀玉
英格尔检测技术服务（上海）有限公司
摘要：随着光伏并网发电技术迅速发展，越来越多的新能源发电系统投入到电网中，面对复杂的电网环境，渗透率不断提高后出现的电网安全性问题日益突出，这也成为光伏行业面临的挑战之一。电能质量不稳定会对各种电器元件造成损耗，甚至导致安全事故，加强对光伏电站并网前的电能质量检测，保证接入电网的电能持续平稳运行，这也是利用光伏发电技术研究的核心。在对电能质量生成环节存在的不足进行探究，提出电能质量的可行性对策，有助于光伏发电技术与电网的适应性发展。
本文以并网光伏系统为例，根据现有标准的要求，对接入电网后对其产生影响的重点参数进行探讨，根据判定标准的要求及现场实时测试数据，主要对电能质量检测中的谐波、频率、闪变测试进行分析，依据实验室质量管理体系的要求及无固定场所检测活动的特殊性，主要分析了人员、设备、记录控制方法及要求。
关键词：并网光伏系统；电能质量；检测数据质量控制；
1、引言
目前我国光伏产业在制造规模、产业化技术水平、应用市场拓展、产业体系建设等方面均位居全球前列。2020年12月12日，习近平主席出席气候雄心峰会大会中指出到2030年国内的非石化能源消费比例占比达到25%。以风能、太阳能等自然能源发电的装机总量预期超过12亿千瓦以上。随着市场装机容量的不断增大，越来越多的新能源发电系统投入到电网中，而电能质量的好坏，会对末端的电能用户公共交流电的使用产生直接影响。达标的电能质量，也就是从电能初始生成阶段，到提供给用户的用电设备设施及接地系统，能够满足设备正常运行的需求。对于并网前电能的质量检测，是确保电能质量达标的核心环节，这样才能确保并网后电网运行的稳定性、安全性。
2、项目概况及现状
2.1 光伏电站研究现状
光伏电站是光伏电池在光生伏特作用下吸收自然界中太阳的辐射能，并将其转换成电能的发电系统。一般包含变压器、逆变器和光伏方阵、相关辅助设施。光伏系统向电网发送电能质量应受控，在电压偏差、频率、谐波、和功率因数方面应满足实用要求且符合标准。光伏发电技术利用自然资源进行发电，电能受到天气变化、环境温度及光伏组件安装类型等因素影响，在光伏电站储存与输出的电能功率也会波动，波动值最高超过额定值的10%，电能的大波动会对电量的稳定性产生作用，同时也会影响电网谐波指标。电能质量问题可导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差，对于电能指标的关联性因素，主要有电压偏差、频率偏差、电压三相不平衡、谐波和简谐波、电压的波动和闪变。
基于以上事实，加大对光伏发电电能质量检测，在保证检测数据的准确性的前提下，对其电能输出的特性进行总结分析与改善，以此来提升电能质量，确保发电系统的稳定运行。
通过电能质量分析仪的测量功能来检查配电系统，通过测量数据可以对整个电力系统性能有一个总体了解。所用测量方法IEC61000-4-30，对于电能质量的检测方式，按照监测方式不同，分定期巡检、专项检测或抽检、在线监测三种方法。专项检测或抽检大都用于电量负荷较高或存在私拉设备入网的区域，或一些电能质量波动较高的区域。电能质量的检测，有助于查找电能波动的源头和干扰相关参数，验证光伏发电技术的适用性。
2.2 项目概况
本文以盐城国能分布式光伏发电项目为例。项目地址位于江苏省盐城市经济开发区，电站地理位置为东经120°15′，北纬33°22′，项目装机容量6.5MW,并网电压等级10kV,并网时间2021年01月15日，项目采用TSM DE15M-410型号的组件。
3、光伏系统电能质量检测分析
3.1 谐波信号检测分析
谐波的产生，是由于电能中含有的电流元素，波动频率为基波的整数倍电量值，在电能质量控制领域，大都是周期性的非正弦电量，按照傅里叶级数同步分解，分解后的基波频率电流高于电量的元素。从谐波产生的类型来分析，是交流电网中有效分量频率单一，也就是与工频频率不相符的成分，都能视为谐波的范畴。在广义谐波作用下，对应的分数谐波、间谐波及次谐波相应出现在电力信号检测环节。目前国家已颁布的与谐波相关的国家标准主要有GB/T14549-93、GB/T17625.1-2003、GB/T17626.7-2008等
谐波产生的影响：在一般情况下，偶次谐波，及二次，四次等不会引起问题。三次谐波，三的奇数倍数，都将在零线上叠加（而不是彼此抵消）因此引起电线过热是非常危险的。电流谐波严重的影响电器设备的零线。
当光伏发电电能并入电网，电网中会瞬间产生一定量的谐波，谐波电流应满足GB/T14549-93（电能质量公用电网谐波），EN50160标准规定了电压谐波的极限值，低于这个极限值的电力才可以被电力供应商引入到电网。
电能质量测试仪可显示光伏发电系统的单相或三相电电能质量的各个参数实时值和环境参数实时值。使用电能质量分析仪谐波模式来检查电压和电流谐波及各相位的总谐波失真。使用趋势图来记录随着时间变化的谐波。可用设备测量和记录最多50个谐波个谐间波。以前10次电流电压谐波数据为例：
测试位置：并网点 测试时间段：07:10-13:10 最大辐照度：810
判定依据：本电站接入系统电压等级为10kV，增加并网逆变器设施，在接入公共电网后，在公共电网连接点部位的电压谐波畸变率应低于4%；奇次谐波电压指标的含有率，应低于3.2%；偶次谐波电压指标的含有率，应低于1.6%。
表1电流谐波
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3.2 频率测试分析
判定依据：《全国供用电规则》规定：供电局供电频率的允许偏差：电网容量在300万千瓦及以上为±0.2Hz；电网容量在300万千瓦以下为±0.5Hz。 检测结果可知，频率最大值50.04，最小值49.96，平均值50.00,95%值50.03
3.3 闪变检测分析
根据理论定义，闪变是一种电压异常变化，特别是电压有效值的变化。电力供应应该满足有关此类闪变的严格的安全规则。根据相关的研究表明，光伏电站接入点及其光伏电站节点，电站闪变最为严重。。闪变的特征包括：瞬时闪变Pinst，短期严重性Pst(在一分钟内测得，用于快速反馈)、短期严重性Pst(在10分钟内测得)及长期严重性Plt（在两个小时内测得）。
判定依据：按照GB12326-2008《电能质量电压波动和闪变》要求，短时间闪变值应小于1。检测结果可知，长时闪变A相0.272，B相0.269，C相0.27；短时闪变A相0.297，B相0.288，C相0.286
3.4 电压波动及电压不平衡度检测分析
由于炼钢电弧炉负载的变化，电弧焊机的断续工作、轧机的频繁起动等产生，电压波动和闪变会影响产品质量如焊接工艺，延长大型电动机的起动时间，影响敏感电子类设备的工作，闪变会引发视觉疲劳，危害人身体健康，灯光频闪造成的错觉，引发工伤事故等。
判定依据：按照NBT32026-2015光伏发电站并网性能测试与评价方法：根据光伏逆变器型式检测报告，若光伏逆变器三相电压不平衡度为2%时，三相电流不平衡度不大于3%，且光伏逆变器三相电压不平衡度为4%时，三相电流不平衡度不大于5%，则光伏发电站三相电压不平衡度适应性满足要求。
检测结果可知电压波动A相0.15%，B相0.17%，C相0.18%；
电压不平衡度最大值0.36%，最小值0平均值0.14%，95%值0.21%
3.5 检测数据对比
通过检测数据可看出， 电流电压谐波的波动较大，可以了解光伏发电站接入电网后主要的电能质量问题是谐波。谐波注入是否合格是由接入点的短路容量、接入光伏站的容量以及逆变器注入电网的谐波电流决定的。通过分析这些特征可表示电能质量事件发生之前、之中、之后的信号，这些特性有助于整个电网包括客户装置在内的故障排除。识别并定位电能质量事件的源头，并选择适当的解决方法。
4、检测数据的质量控制
4.1 影响质量因素分析
光伏电站现场大量的检测活动依托于受试设备的现场实际情况进行试验。非固定场所检测活动主要是由实验室人员在其实验室固定场所之外实施的检测活动，这类在其固定场所进行检测的情况与传统意义的检测实验室有较大区别。如何规范现场检测活动的进行，结合CNAS-CL01-G005检测和校准实验室能力认可准则在非固定场所检测活动中的应用说明，主要从现场检测人员、设备、设施及环境条件等方面进行分析现场检测质量控制的方法，保证现场检测活动的规范开展和数据的准确性。
4.2 质量控制主要方法
1)人员要求
从事现场检测的人员应是实验室长期雇佣人员，并保证人员有满足检测要求的能力。确保从事检测活动的所有人员获得相应的专业培训。
由于光伏电站的现场检测在非固定场所进行，电站运维人员会协助现场检测工程师进行设备调试、辅助工作，此类工作应和检测工作明确分开，不能由非实验室人员进行，尤其是相关检测的关键环节、数据采集、分析、仪器设备的操作等。在进行电能质量测试时，需要电站运维将交流配电柜打开并断电，电能质量分析仪的装设、测试过程应有实验室人员进行。
2）记录的控制
由于电站现场环境特殊电子数据或纸质数据容易受雨水、潮湿等不确定环境的影响而出现损坏。现场数据及记录的保密性和安全性应特别注意。对于存储于设备中的数据，应在适宜条件下尽快输出并保存。注意记录载体的适用性和安全性。电站实时的观察、数据计算、数据传输和核查、环境条件等记录均应附有时间的信息及人员的标识，正常情况下测试人即记录人。按照规定记录检验检测数据和信息，保证其可追溯性、完整性。
3)设备控制
被测光伏发电站的各设备应处于正常运行状态。电能质量测试的设备应符合GB/T17626.30的要求。电压互感器、电流互感器、数据采集装置准确度等级达到0.2级。
对于携带的设备应注意保护，使用前进行设备开机检查，确保收到的设备处于正常状态。在进行电能质量测试前保证设备均处于校准有效期内。判断光伏电站项目地环境是否满足检验/检测设备的使用条件，按照设备使用要求进行检测。
4）设施及环境条件
现场检测环境控制是检测活动控制的关键条件，检测员在开展检测工作前应确认工作环境中人和物的因素，保证电站现场环境满足相关标准要求，在符合标准要求的条件下开展检测活动。监测系统的安装数量和安装位置依据具体项目而定，原则是要尽量能够代表整个光伏电站范围内的气象环境条件。若现场环境不能满足标准要求，应待环境条件好转后在进行。
5、结论
电能质量作为电力系统参数的重要指标，关系到电网的稳定性、设备的安全性，没有合格的参数无法并入电网系统中。通过实验室严格的质量控制手段和现场检测人、机、料、法、环、等严格的控制，保证按照相应的程序和作业指导书操作，做到精细化、规范化管理，建立一套完善的质量保证监督体系涉及检测过程中相关的各个方面。通过准确的数据来分析电能质量的好坏，能够为电站效益评估及并网前的验收提供参考的依据。
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