文 献 综 述
- 研究背景和意义
配电系统因负载类型(住宅区、商用、工业或混合)、负荷密度(城市、农村)、建筑类型(径向、网络)和电压水平等差异而不同。一般来讲，电力系统的设计遵循集中发电的原则，能量朝一个方向流动，从变电站开始，流向每条馈线的末端。变电站提供的电压水平是为了适应所有用户负荷而设计的，因此，电网电压应保持在国家规定的一定范围内，并保证供电质量，使设备正常运行[1]。
近年来，新能源发电技术发展迅猛，其中光伏发电以其清洁性和经济性被认为是最具有发展前景的可再生能源[2]。屋顶光伏被认为是未来光伏发电技术推广和普及的主要形式[3]。光伏系统主要作为分布式电源（Distributed Generation, DG）并入配电网运行，具有投资成本低、发电方式灵活、对环境影响小等特点，并入配电网可改善电力系统运行，提高供电的可靠性[4]。
在屋顶光伏系统中，光伏电池通过逆变器连接至电网或供给负载。逆变器作为光伏系统的关键元件，直接影响着系统的整体性能、效率和成本[2]。单相单级逆变器因成本低、可靠性高和配置灵活等特点，是小容量光伏系统中最具有应用前景的拓扑结构，已成为国内外光伏领域的一个研究热点[5-7]。随着光伏发电系统作为DG的应用日益广泛，在同一馈线上接入大量的逆变器，如果产生的谐波过大，就会给电网带来运行问题[8]。此外，低压公共电网必须有一定的电能质量以使光伏逆变器运行，电能质量异常会导致逆变器拒接电网，可能会导致光伏系统停运。由于逆变器监控着电网的电压、频率和阻抗，超出预先设定的参数范围的偏差可能会导致光伏系统无法接入电网。
在DG接入电网时，如果DG规划不合理，操作不当，管理不科学，则会给电力系统带来不利影响，如：布置不合理的DG，会引起系统的不稳定；DG并入配电网后，改变了原先配电网的结构，既有可能导致保护装置误动作或不动作[9]，也有可能导致DG运行在非计划孤岛状态[10]；如果大量的光伏系统被连接到低压配电系统的一个分支上，由于靠近连接点的电压增加，功率可能会倒流，在小负荷和太阳高辐照度期间，电压水平可能会大幅增加，配电线路中可能出现明显的电压升高，特别是在配电线路的末端，可能会超过电网运营商设定的上限[11]。这些不利影响都会使电能质量下降，导致其不能满足用户要求，因此在将光伏发电系统作为DG并入配电网运行时，对电能质量进行评估，判断电能质量级别，以便采取相应措施改善电能质量，具有十分重要的意义。
- 研究现状
研究逆变器供电质量的一种方法是研究逆变器电流总谐波失真(Total Harmonic Distortion of Current, THDi)和电压总谐波失真(Total Harmonic Distortion of Voltage, THDv)[12,13]。Sidrach-de-Cardona和Carretero提出了一种基于不同运行条件下逆变器性能的THDi表征方法，并得出THD值与逆变器供电有很大的相关性[13]。Chicco等人的研究表明，如果光伏系统功率相对于电网短路功率较小，则对电网电压质量没有显著影响[14]。Enslin和Heskes对在单一配电网中插入多个逆变器的相关问题进行了研究，以观察谐波对这些逆变器所连接的电网的影响。结果表明，电网与逆变器之间的并联谐振和串联谐振是造成电网总电流和总电压谐波畸变的主要原因[15]。
现有的对电能质量进行评估的方法有很多种：包括层次分析法、模糊数学法、概率统计和矢量代数法、人工神经网络法等，这些数学分析法对建立电能质量评估体系具有重要意义，但同时也都有不足之处。如：采用9标度的层次分析法时[16]，不同指标的差异性辨别困难，容易在辨别等级上出现差错；度函数的确定和权重的选择受人为因素影响大，因此模糊数学法有很大的局限性[17]；采用概率统计和矢量代数法，如果基准值选取不同，评估结果可能相差很多[17]；人工神经网络法则需要采集大量的样本对网络进行训练，如果样本数量不够，也会影响评估结果的准确性[18]。
国内外学者针对这些问题提出了不同的优化方案。如：文献[4]提出了一种改进的层次分析法，使指标的差异性更加清晰；文献[19]提出了一种基于加权秩和比法的电能质量综合评估方法，简化了评估模型；文献[20]提出了一种基于三角模糊数互补判断矩阵的模糊层次分析法的电能质量综合评估方法，使评估结果更加客观合理；文献[21]运用层次分析法和多目标决策原理研究出新型的电能质量综合评估方法，实用性更强。
为了实现对电能质量的有效控制，在光伏发电系统中，目前应用最广泛的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking, MPPT）方法是扰动观察法和增量电导法。但扰动观察法会导致光伏电池输出功率在最大功率点附近波动，受步长影响，虽然能在一定程度上提高系统的稳定性，但是不能使系统达到最佳的动态性能[22-25]；增量电导法不仅存在步长的选取问题，而且阈值大小受限于传感器的精度[26]。针对这些问题，学者们提出了不同的解决方案，如：文献[2]利用逆变器直流电压中的固有纹波电压实现基于极值搜索算法的MPPT控制，并引入补偿器提高性能；文献[27]提出了一种分析极值搜索控制算法的系统方法，通过实时调整多参数目标值使系统达到最佳性能；文献[28]提出采用基于纹波的极值搜索算法来达到MPPT的目的。
- 结论
光伏发电通过逆变器接入会引起电压波动、电压闪变以及频率波动、产生谐波等一系列电能质量问题，损害用户设备，造成经济损失。所以要对光伏系统接入的电能质量进行综合评估判定等级，并运用MPPT控制方法对电能质量进行控制和改善。
