布景引见　　今天，中国社会各界，从政策制订者到市场从业者都告竣了一个共鸣，不竭提高可再生能源，包罗光伏，风能和生物资能发电等新能源散布式电站的渗入率。操纵散布式发电的劣势，充实开辟操纵各类可用的分离具有的能源，提高能源的操纵效力，才能真正到达庇护情况，节能减排的目标。　　保守的配电系统被设想成仅具有分派电能到结尾用户的功能，设想情势以垂直毗连方案为主，其特点是集中发电，分离耗损，分歧的电网节制区域之间互联能力无限。将来在中国，散布式能源的渗入率会年夜幅提高，这是鞭策电网节制模式从中心节制到散布式多层节制，慢慢改变的一个主要身分。跟着电力市场的自在化水平不竭加年夜和光伏手艺的延续成长，扶植年夜型电站需要面对庞大的经济压力，远不如扶植小型散布式光伏电站来得划算。　　散布式光伏能源在电力供给上的质量包管和其平安性，对那些强烈依靠化石能源做为电力供给并且电力根本传输举措措施老化的国度具有很强的吸引力。散布式手艺的不竭成熟，从1kW到10MW容量的电站同低压电网相连，进入电网为客户供给电力，散布式能源需要被整合进电网而不是简单的毗连到电网上。　　将散布式光伏电站纳入电网计划带来的益处以下：短时间效益：削减电力传送和分派所发生的运输消耗，提高用电岑岭时候电网的办事质量和延续性，削减温室气体排放。　　中持久效益：延缓将来电网扩容的投资，削减为知足用电岑岭期的负载要求而增添的巨型额外发电装备。散布式光伏电站一般要求摆设在电力耗损点，例如城市区域，同光阴伏组件也能够成为公家光伏常识普和教育的东西，也能够叫醒公家的环保认识，号令大师采取和利用洁净能源。　　散布式能源凡是接入中压或低压配电系统，并会对配电系统发生普遍而深远的影响。从手艺不雅点来看，对散布式光伏电站融会入电网，逆变器是节制二者之间的彼此影响的要害。为了让散布式光伏电站与本地电网系统更好的融会，更好的调和散布式光伏电站与配电网之间的彼此影响，好比节制能源质量与包管系统与电网的平安，处理这些问题的焦点就是光伏逆变器。　　本文从两个方面进行阐发。1、散布式光伏电站对配电网的影响，今朝具有的手艺妨碍；2、配电网对散布式光伏电站的影响。而处理二者彼此影响所激发的手艺问题的要害是逆变器，经由过程对互动影响的切磋，勾画出出将来逆变器手艺立异与成长的标的目的。　　I. 散布式光伏电站对配电网的影响　　作者从以下几个方面会商了散布式光伏电站对配电网的影响，包罗电力工业中几个常见问题，电压，电流，功率。和在处理这些问题上，逆变器是若何阐扬感化的。　　逆变器节制电压波动　　在保守的配电网系统设想中，电能是最高压的时辰输送，低压时耗损。跟着散布式能源渗入率的提高，功率流会变的加倍复杂，低压配电系统在散布式光伏电站运转的影响下，不良的过压环境可能会呈现。　　配电系统工作人员有权利必需为电网客户包管电能质量。在配电网中因为荷载转变形成电压程度转变是个相对常见的工作，手艺规范会给出一个划定值的可接管超越规模。举例申明，在国内，市政低压电网的电压转变在额定值的上下10%转变，凡是被认为是能够接管的。凡是从散布式光伏电站输入的电能比拟在接入点的额定电压，电压会相对国度尺度升高2～5%。并且一般说来，电网还个商定俗成的准绳，散布式光伏电站的发电量不克不及跨越低压网的33%，中压网的50%，如许设想的目标也是为了不电网的电压波动。　　德国粹者Rutschmann的研究注解，当年夜范围的散布式光伏电站被接入电压节制的配电网线路时，因为反向功率流的具有终端客户的电压会增高。电压升高的值由散布式光伏电站的容量和负载的比例所决议。今朝因为国内散布式光伏电站兴修的范围很小，还没有相干电压升高问题的报导。Rutschmann在德国的研究注解这类现象都产生在农村电网地域，其缘由是农村用户负载太小，是以安装在城市地域的散布式光伏电站产生此类问题的几率极低。同时因为今朝逆变器的设想中，都插手了过压庇护的功能，当电压一旦到达上限，逆变器就主动切换为电压节制器，所以也有用的避免了此类变乱的产生。　　一般来讲，公道的策略是严酷节制客户终真个负载与对应散布式光伏电站功率之间的比值，避免呈现较年夜的不合错误称。　　另外一方面，由于散布式光伏电站的输出功率受太阳辐射量的影响具有必然的波动性，输出功率的波动性联系关系会形成配电网线路的电压的波动，特别是在那些负载较低的线路上。经由过程对安装有散布式光伏电站的室第小区配电网进行数值摹拟的研究发觉，输出功率转变的减缓能够有用下降电压的转变。而节制散布式光伏电站输出功率转变的速度，恰是逆变器的功用之一，也就是说，能够经由过程逆变器的节制设想，来防止散布式光伏电站对配电网酿成的电压波动。　　谐波和间谐波电流　　一般来讲, 抱负的交换电应是纯粹弦波形，但因出产糊口中电网系统的输出阻抗和非线性负载等缘由，经常致使电源波形掉真。中国电压根本频次是50Hz。将掉真的交换非正弦旌旗灯号经傅立叶转换阐发后，可将其电压构成分化为除基频(50Hz)外，倍频(100Hz, 150Hz，…...)成分的线性组合。其倍频的成分就称为谐波：harmonic。谐波频次与基波频次的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。电网中有时也具有非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或间谐波。　　谐波现实上是一种干扰量，谐波电流会发生年夜量倍频的电污染，使电网遭到“污染”。谐波的风险十分严峻。谐波使电能的出产、传输和操纵的效力下降，使电气装备过热、发生振动和噪声，并使绝缘老化，利用寿命缩短，乃至产生毛病或销毁。谐波可引发电力系统局部并联谐振或串连谐振，使谐波含量放年夜，形成电容器等装备销毁。谐波还会引发继电庇护和主动装配误动作，使电能计量呈现紊乱。对电力系统外部，谐波对通讯装备和电子装备会发生严峻干扰。间谐波的影响和风险同等整数次谐波电压的影响和风险。　　当很多逆变器在统一个低压电网中运转时，虽然每一个零丁的逆变器都知足电气设想规范，可是它们同时运转构成的谐波电流可能会发生跨越规范划定的谐波电压。特别是当电网的阻抗协调振频次产生转变时，多逆变器分析发生的谐波电流风险最轻易闪现，此时电流节制的电子元件的处置能力会年夜幅度削弱，而同时年夜量呈现的非正弦波就不克不及获得充实处置。　　逆变器对低压电网可能发生谐波电流风险的特点归纳以下：在强收集中，逆变器其实不是谐波电流风险的首要来历，首要来历依然是电网的一些非线性负载。可是在电网的阻抗协调振频次产生忽然改变时，逆变器对电网会形成谐波电流风险。　　在弱收集中，接入电网逆变器数目的增添会间接加年夜谐波电流的发生概率。　　来自逆变器的直流电　　对散布式光伏电站，直流电流的监控长短常需要的。直流电对电网装备的影响首要集中在配电变压器，残剩电流装配（RCD），变流器，（有功）电度表，金属布局和电缆，此中最显著的影响被发觉在残剩电流装配（RCD）和变流器上，首要表示为谐波掉真，消耗，发烧和乐音。　　今朝良多逆变器利用变压器，内涵地按捺任何直流电的呈现。而无变压器的逆变器却具有很年夜的手艺和经济上的劣势，例如：更高的效力和更少的分量，占地小，本钱低，因此日趋遭到业界的正视。现代脉宽调制手艺使得五变压器的逆变器的输出中能够按捺直流电流的身分。但是，当一个正负极不服衡具有在电网电压波形，这类环境同等在偶数阶谐波。而这类不服衡激发的谐波掉真会影响脉宽调制节制的逆变器的运转，特别是当逆变器与电网零交叉点的电压波形同步时。　　逆变器发生直流电风险的特点总结以下：　　利用脉宽调制手艺的逆变器能够削减直流电流的呈现，并且不需要统筹调和动态行动和动态效力。　　单相电流型逆变器也不会发生显著的直流电流份量，即便是当电网电压的偶数阶谐波具有的时辰。　　今朝还没有任何研究注解已安装散布式光伏电站的配电网中与直流电相干的干扰是由散布式光伏电站自己引发的。　　接地毛病与漏电电流　　散布式光伏系统表露在室外的景象形象前提下，光伏系统的电流与年夜地不测毗连，致使绝缘掉效，这类环境称为接地毛病，在全部光伏系统25年的办事期内，这类现象是有必然几率产生的。即便是一个好的设想，接地毛病仍然会产生，产生的位置最多是在毗连盒、开关或逆变器等处，产生的缘由多是因为电子元件或材料的破坏与老化。固然最近几年来，特地的手艺规范、更好的设想和机能更好的电子元件，这些改良身分在不竭提高光伏系统的靠得住性，也同时年夜幅下降接地毛病产生的可能性。但是跟着建筑光伏一体化（BIPV）设想的年夜量呈现，由于BIPV中年夜量的导线具有在建筑物中，这年夜年夜增添了接地毛病产生的可能性。虽然漏电庇护器能够为光伏系统和工作人员供给最年夜的庇护，可是这个议题依然值得继续存眷与研究。　　另外一个需要斟酌的是电容可能发生漏电电流的影响，这里的电容是指以下几个方面：在光伏系统中直流和交换部门的电容，光伏组件和支架系统的接地电容，逆变器中抗电磁干扰的滤波器电容。当交换电压份量在这些电容中起感化时，有可能使得地线带电。以无变压感化的逆变器为例，当交换电压份量感化在逆变器中滤波器的电容时，电容会发生漏电电流，而漏电电流会流入地线，在一般环境下，地线中是没有电流的。　　接地毛病与漏电电流风险的特点总结以下：　　光伏系统中的接触电压，特别是，逆变器的拓扑布局对漏电电流有最年夜的影响。今朝还没有发觉漏电电流与景象形象前提，例如，太阳辐射，湿度，年夜气压，风速这些前提间有较着的联系关系。别的年夜量研究也注解，利用铝边框的组件比无边框组件，当反向接触的时辰，漏电电流产生率超出跨越50%，而正向接触则无区分。　　当一个光伏系统具有多个逆变器的时辰，地线电流的势能会形成一个问题区域，假如恰在此时，地线被粉碎，就会在问题区域发生危险。　　电网短路容量　　配电网的短路毛病庇护是经由过程过流继电器和熔断器等庇护装配实现的。凡是来讲散布式光伏电站不会显著增添配电网一侧的短路毛病率。　　缘由以下：　　1.光伏阵列的短路电流属在自限型的，典型的不跨越额定最年夜功率电流的10%～20%。　　2.逆变器一般安装的是欠压继电器。　　3.利用在散布式电站中的逆变器年夜大都是电流节制，当从电网发生干扰时，此类逆变器属在过流限制庇护状况。　　对高渗入率的配电网，当具有某些特定前提时，短路毛病较轻易产生。例如：位在具有高阻抗的较长的配电线路的结尾，或当配电线路处在长时候过载的时辰都轻易产生短路毛病。年夜大都光伏系统不单不克不及检测到毛病的产生，并且还会供给短路电流中的一年夜部门，同时也禁止了毛病检测。有年夜量研究证实，利用在散布式电源的现代脉宽调制逆变器对短路毛病电流的进献很小。　　准确的策略是，在电网，散布式光伏电站与客户三个分歧界面别离设置三个分歧程度的短路毛病庇护。　　非打算性孤岛现象　　电网中止供电时，各个光伏并网系统仍在运转，而且与当地负载毗连处在自力运转状况，这类现象被称为孤岛效应。虽然此刻的光伏逆变器遍及采取了猜测孤岛现象和堵截电路的设想，但依然没法完全避免在多个逆变器并联的散布式光伏系统中，在多个逆变器彼此影响的非凡环境下，呈现没法探测到孤岛现象的问题。　　功率值与荷载容量值　　散布式光伏电站的功率值由出产电能的经济价值所决议，包罗以下几个部门：发电效力；给定的电站位置与负载之间的距离即运输本钱；在某些特按时段内的电能产出量（好比峰时）；和产出的均衡，就是负载与出产电能之间的婚配。　　保守地，因为太阳能自己内涵不成控的身分，光伏尚不克不及作为电网运转治理系统中，一种不变的峰时供电来历。可是在夏日热浪袭来之时也是用电岑岭海潮的到来，这意味着电网进入最重要的时辰，恰好在温度最高的时辰，一般都是太阳辐射最强的时辰，散布式光伏电站能够到达它最年夜输出功率的60～80%。这一点能够用来处理峰时到来时，局部用电的高要求与全部电网的无能力这一矛盾。　　另外一个风趣的概念是“有用负载容量”（effective load-carryingcapacity, ELCC），这一概念反应的是发机电有用知足现有负载的能力。对散布式光伏电站来讲，ELCC代表的是它为电网供给的电能占那时电网负载所需电能（也就是电网的荷载容量值）的百分比。　　2002～2003年间全美国的荷载数据和基在每小时的辐射量所做的散布式光伏电站的发电量摹拟研究成果为：假定条件是散布式光伏电站的渗入率为10～20%，全美国散布式光伏电站的平均ELCC值在35～55%之间。从这个成果能够推导获得一个简单的结论，扶植根本电网容量为10～20%的散布式光伏电站，能够处理35～55%的用电问题。　　美国纽约市2004年的研究注解，在城市中一年最热的时辰，城市用电最岑岭能够到达每小时19度。发电量摹拟研究注解，将纽约市散布式光伏电站渗入率设定为10%，可使得这个数字降落为每小时4.5度。　　研究注解，散布式光伏电站渗入率的提高会年夜年夜减缓峰时电网局部供电能力不足的问题。　　研究同时指出：将来的趋向是散布式光伏发电与能源管控相连系，这会使得能源消费变得更加经济，更加理性。举例以下：空调利用能够采取太阳辐射智能节制，光伏智能温控中间会按照那时的太阳辐射量和用电量对空调温度进行及时调控。　　逆变器为电网管控所增添的附加价值　　跟着散布式光伏电站渗入率的不竭提高，利用脉宽调制手艺的逆变器会年夜量被利用，它不单阐扬着直流变交换的保守功能，同时还为配电网带来良多的附加好处。　　削减电压谐波　　能够有用提高电能的质量。逆变器运转时，相当在一个有源滤波器在工作，能够有用削减电网中的电压谐波。　　无功功率节制　　当逆变器与负载相毗连，逆变器不单能为担任供给有功功率，同时还能发生或接收一部门无功功率，是以散布式光伏电站利用的脉宽调剂手艺的逆变器能够抵偿地点配电网无功功率的贫乏或超越部门，并对电压调控具有杰出的结果。　　功率因子管控和对称相位节制　　当电网电压程度到达临界高位，不单能够进行无功功率节制，还能够延续供给有功功率，而且避免输电线路上的电压进一步升高。别的，三相逆变器能够经由过程本身供给三相不服衡电流帮忙电网相位不服衡电压回到均衡位。　　电网的不变性和防止运转中的孤岛现象的产生　　跟着散布式光伏电站渗入率的提高，散布式光伏能源能够作为电网掉效或运转效力降落时的主要后备能源供给，并能够有用节制运转性孤岛现象的发生。　　完全开辟出逆变器的所有附加价值，便可以对散布式光伏电站能为用户和电网供给所有办事进行一个从头的评估，同时给出一个新的本钱与收益模子。这也必将鞭策散布式光伏电站并网的分析优化设想。