光伏并网孤岛效应产生特性与控制
光伏并网孤岛效应的检测与分析
光伏并网孤岛效应的检测与分析摘要：目前，分布式发电系统发展的规模口益扩大，更多的分布式光伏并网发电系统接入到公共电网的同时，出现孤岛效应的几率也随之增加。
孤岛效应的产生不仅给分布式发电设备带来危害，而且影响了电能的质量，所以要求能够准确且快速的检出孤岛效应现象。
关键词：孤岛效应；主动频率；负载功率1.引言孤岛效应的检测一般是通过监控并网系统输出端电压的幅值和频率来实现的。
当电网断开时，由于并网系统的输出功率和负载功率之间的差异会引起并网系统输出电压的幅值或频率发生较大的改变，这样通过监控系统输出的电压就可以很方便地检测出孤岛效应。
然而，当负载消耗的功率与光伏系统相匹配的时候，通过这种被动的检测方法就会变得困难。
该项目提出来周期性双向扰动主动频率偏移法无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
有效的控制了光伏系统发生孤岛效应时，给相关的设备和维护人员带来的危险。
2.孤岛效应检测方法的分析与选择孤岛是一种电气现象，发生在一部分的电网和主电网断开，而这部分电网完全由光伏系统来供电。
因为孤岛会损害公众和电力公司维修人员的安全和供电的质量，在自动或手动重新闭合供电开关向孤岛电网重新供电时有可能损坏设备。
逆变器通常会带有被动式防止孤岛效应装置。
对于平衡负载很好条件下通电和重新通电两种情况下的孤岛防止还不够充分，所以必须结合主动技术，主动技术是基于样本频率的移位、流过电流的阻抗监测、相位跳跃和谐波的监控、正反馈方法、或对不稳定电流和相位的控制器基础上的。
该研究项目解决了无论是感性负荷还是容性负荷或者负载消耗的功率与光伏系统相匹匹配时的孤岛效应检测技术难题。
安全可靠的保证电力光伏发电设备和财产损失，提高电力系统的服务信誉，可有效维护社会稳定和电网安全。
3.周期性双向扰动主动频率偏移法基本原理正反馈的主动频率偏移法是对对公共耦合点的频率运用了正反馈，提高了孤岛检测的速度。
光伏小电源并网孤岛效应对电网的影响
光伏小电源并网孤岛效应对电网的影响摘要：在简述了光伏并网系统中孤岛效应的定义与危害及其发生机理条件的基础上，本文介绍针对光伏并网造成系统防孤岛保护装置误检测进而导致保护拒动问题，以吐鲁番电网光伏小电源接入单侧电源的110 kV终端变电站—伊兰布拉克变电站为例，通过分析防孤岛保护与自动保护装置动作配合逻辑，在现有系统基础上对保护动作配合进行优化等解决方案，确保变电站安全自动装置可靠动作，防止孤岛运行现象发生，提升系统供电可靠性。
关键词：孤岛效应；危害；防孤岛保护；安全自动装置前言在追求低碳社会的今天，太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。
近年来，由于国家对分布式清洁能源的大力支持，大量分布式小电源（特别是风力发电厂和光伏电厂）并入电网。
分布式新能源电厂具有出力小、谐波大等特点，大部分分布式小电源点并入就近变电站向系统输送电能量，形成含分布式新能源在内的以火力、水力发电为主的多种能源发电的多侧电源点供电模式，如果光伏发电系统非计划性与电网系统断开，逆变器仍通过逆变向所带负载进行电能传输，就会形成独立于大电网的小规模孤岛电网现象。
在孤岛运行情况下，光伏系统无法维持稳定电压、频率，当系统负荷改变时，电网系统电压随负荷情况波动，重合闸产生巨大冲击电流，给电网、设备及人身安全带来威胁，在光伏并网过程中，孤岛效应问题已成为影响电能质量、稳定、安全的关键。
1.并网光伏发电系统的孤岛效应1.1孤岛效应当电网正常工作时，电网与光伏发电系统一同给变电站供电，但是当电网线路因检修或者故障而停电时，系统处于光伏发电系统单独给变电站供电的情况，此时系统失去了电网的控制，处于失控状态，这种光伏发电系统单独给变电站供电的情况叫做孤岛效应。
图1在光伏并网发电系统中，光伏发电系统可等效为电流源，电网可以等效为电压源，电网正常工作时，系统受到电网的钳制作用，光伏发电系统总与电网保持一致。
一旦发生孤岛效应，系统不再受电网的控制，处于失控状态的光伏发电系统将会带来很多危害。
孤岛现象
孤岛现象一、概述孤岛现象也称孤岛效应，有时简称孤岛。
比如：防孤岛就是指防止孤岛现象产生的意思。
美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）提供的报告对孤岛现象描述如下：当电力公司的供电系统因故障事故或停电维修等原因停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络，而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。
国家电网公司企业标准“Q/GDW480-2010分布式电源接入电网技术规定”对孤岛现象定义如下：孤岛现象islanding电网失压时，电源仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态。
孤岛现象可分为非计划性孤岛现象和计划性孤岛现象。
非计划性孤岛现象unintentional islanding非计划、不受控地发生孤岛现象。
计划性孤岛现象intentional islanding按预先设置的控制策略，有计划地发生孤岛现象。
孤岛效应总是与分布式能源并网联系在一起，因为分布式能源并网的需要，一个电网存在包括分布式电源在内的多个电源。
这样，当电力部门需要维护或检修或其它任何原因需要断电时，其余电源可能还在供电，这样，线路上就会存在电压，给维护带来不便甚至危及维护人员的生命安全。
二、非计划性孤岛现象的危害非计划性孤岛现象发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全；②干扰电网的正常合闸；③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。
三、防孤岛技术非计划性孤岛现象是需要防止的。
防止非计划性孤岛现象的发生就称为防孤岛（anti-islanding）。
防孤岛在许多技术文献中也称反孤岛效应。
防孤岛的核心技术是检测电网是否存在。
一般分为被动式检测方法和主动式检测方法。
被动式防孤岛检测方法通过检测并网变流器的输出电压、电流、频率、谐波等的变化来判断电网是否存在，一般无需增加逆变器硬件电路。
并网太阳能光伏发电的特性及自动化技术应用
(三)气象条件的变化
当一个区域的太阳能光伏发电达到一定规模时，如果地理气象出现大幅变化，为了控制和调整系统的频率和电压，电网将需要为光伏并网发电系统提供足够的区域性旋转备用机组和无功补偿容量。
(四)远距离光伏电能输送
当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上成为可能时，由于光伏并网发电没有旋转惯量、调速器及励磁系统，它将给交流电网带来新的稳定问题。根据电网的要求，光伏并网发电站需要配备自动无功调压装置。
四、自动化技术在并网太阳能光伏发电站中的应用
在并网太阳能光伏电站中采用以下自动化技术来保证太阳能光伏发电站接人电网的安全稳定的运行。并网逆变器是影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键部件，除了其本身的基本功能外，它还具有以下功能来保证电站及电网的安全稳定运行：
3.电能质量监测分析装置
光伏电站在并网点装设满足IEC61000-4—30《电磁兼容第4—30部分试验和测量技术一电能质量》标准要求的A类电能质量在线监测装置，以监测光伏电站的电能质量信息，包括谐波、波形畸变、直流分量、频率、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量指标，并将电能质量数据远程传送到电网企业，保证电网企业对电能质量的监控。
4.有功功率控制系统
并网太阳能光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网频率、调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保输出功率及变化率不超过给定值。
四、太阳能光伏功率预测系统
对光伏电站的输出功率进行预测有助于电力系统调度部门统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，及时调整调度计划，合理安排电网运行方式，一方面有效地降低光伏接入对电网的影响，提高电网运行的安全性和稳定性，另一方面减少电力系统的旋转备用和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效会效益。
光伏发电中的孤岛检测技术
光伏发电中的孤岛检测技术【摘要】本文对孤岛效应的形成及影响进行了论述，在此基础上对比介绍了基于电力线路通信、被动式和主动式的孤岛检测方法，重点分析了主动频率偏移孤岛检测技术及其改进方法。
【关键字】光伏发电；孤岛效应；孤岛检测【中图分类号】tm615 【文献标识码】a1、引言随着全球能源形势的日益紧张和环境污染的加剧，光伏发电以其环境友好而成为了世界各国争相发展的能源新宠。
本文在详细分析并网型光伏发电系统运行中的孤岛效应基础上，对三类孤岛检测方法进行了对比介绍。
2、孤岛效应如图1所示，并网光伏发电系统（grid-connected pv system）经过断路器1接至公共连接点（point of common coupling，pcc），r、l、c为光伏发电系统负载。
孤岛效应是指电网从pcc处断开，进而使得分布式电源（distributed generation，dg）与其负载形成封闭系统的现象[1]。
一般情况下，因为dg输出功率和负载的不匹配，电网和dg系统间都会有能量的流动，即。
当孤岛产生时，突变为0，这将导致pcc处电压和频率发生突变，进而出现过电流等现象，威胁到系统运行、设备及人员的安全，因此，孤岛的快速有效检测对保护控制尤为重要[1]。
图1光伏发电系统运行原理图3、孤岛检测孤岛检测方法主要分为基于电力线路通信的检测方法、被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法三种。
3.1基于电力线路通信的检测方法基于电力线路通信的检测方法有：基于scada系统的断路器和重合闸装置状态检测方法和电力线路载波方法[2]。
这种方法的可靠性较强，但因为成本较高，联动操作复杂及延时较长，基于电力线路通信的检测方法未被广泛应用。
3.2被动式孤岛检测方法被动式孤岛检测方法是通过检测pcc处电压、频率等电参量来完成孤岛检测的。
主要有：过/欠电压和高/低频率检测法（over/under voltage and over/under frequency，ouv and ouf）、电压相位跳变检测（phase jump detection，pjd）和电压谐波检测法（harmonic detect，hd）[3]。
光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略
光伏发电并网系统的孤岛效应及反孤岛策略近年来，随着能源的过度消耗，传统能源对环境带来的影响日益加重，人们逐渐意识到清洁能源的使用可以改善现有能源紧缺的状况，也可以改善能源使用对环境所带来的影响。
太阳能作为一种清洁、环保型的能源不仅无污染、可持续性强而且使用便捷，因此越来越多的人开始使用这种新型能源。
随着使用范围的扩大，它已经从补充型能源向替代型能源逐渐过渡。
孤岛效应是光伏发电中独有的故障，为了能够让清洁能源得到更好的利用，我们必须要制定对应的策略来改善孤岛效应带来的损害。
一、关于孤岛效应（一）概念它是指在光伏发电系统中，整个电力网络由于故障原因或是停电而出现跳闸断电的情况。
而此时各个分布式发电系统并没有检测出对应的故障问题，进而没有及时将光伏发电系统与电力网络断开，从而形成了一个以分布式发电系统以及其他负载组件共同形成的发电孤岛。
（二）危害1.一旦这种发电孤岛形成就会给系统内的电压和频率造成非常直接的影响，甚至会对相应的装置设备造成损害[1]。
2.而当故障解除之后，光伏发电系统在重新接入电力网络时又可能会出现电压不同步的情况，继而出现电流突变的情况，导致电力设备和其他器件受到损害。
3.断电之后的孤岛效应会造成接地故障无法彻底清除，给电力系统造成影响。
4.孤岛效应很容易给工作人员带来认知偏差，认为是电力网络断电，进而做出错误的判断，给工作人员的人身安全带来威胁。
为了避免孤岛效应给设备和工作人员造成危害，就必须要在出现此类情况时具备一定的防御保护能力，进而确保设备完好、人员安全。
二、关于孤岛效应危害的解决策略触发孤岛效应出现的必要条件就是光伏系统内的输出功率与其负载功率相互匹配。
依据孤岛效应的检测规定，当发电系统中所输出的有功功率和负载有功功率之间出现5%的误差且持续时间长达2s以上，便可以确定光伏发电的孤岛效应已经产生。
因此我们可以得出结论，孤岛效应的出现与功率数值是否匹配以及其所能够持续的时间有紧密的联系。
防孤岛保护在光伏电站中的应用
防孤岛保护在光伏电站中的应用发布时间：2022-02-16T08:41:29.375Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第16期作者：牛文震[导读] 计划孤岛可以充分发挥DG的积极作用，在大电网停电时，DG可以保证本地负载的供电，可以减少因停电而造成的损失;非计划孤岛则可能会对电力设备造成损害、对维护人员的安全造成威胁，影响电网的安全稳定运行。
因此，应尽量避免非计划孤岛的发生，国际相关组织并由此制订了IEEEStd．999－2000、IEEEStd．1547－2003等一系列标准，且规定所有的分布式发电装置必须具备及时检测出孤岛状态的功能，即孤岛检测。
牛文震五凌电力有限公司摘要：计划孤岛可以充分发挥DG的积极作用，在大电网停电时，DG可以保证本地负载的供电，可以减少因停电而造成的损失;非计划孤岛则可能会对电力设备造成损害、对维护人员的安全造成威胁，影响电网的安全稳定运行。
因此，应尽量避免非计划孤岛的发生，国际相关组织并由此制订了IEEEStd．999－2000、IEEEStd．1547－2003等一系列标准，且规定所有的分布式发电装置必须具备及时检测出孤岛状态的功能，即孤岛检测。
当电网恢复供电并且电压和频率达到允许值时，并网开关要自动合闸。
这样的目的是在为了国家电网不受太大影响的情况下，尽可能保证光伏的发电效率。
关键词：防孤岛；光伏电站；应用引言当光伏电站出现孤岛效应时，即当电网由于某种故障原因造成失压时，应具备快速监测孤岛并立即断开与电网连接的能力，局部电网出现孤岛会影响到供电质量和维修人员的生命安全，所以在光伏电站中必需要配备防孤岛保护装置。
而光伏防孤岛保护装置就是为了解决“孤岛效应”的。
防孤岛保护装置能够精确检定并网点的电压、频率，然后当电压、频率出现波动且大于定值时跳闸出口动作，断开并网开关。
1孤岛保护控制对于小功率的应用场合，GCI常采用孤岛保护控制，其基本原理为：GCI首先检测出孤岛运行状态，然后进行孤岛保护，使GCI停止供电。
孤岛效应分析
孤岛效应分析光伏并网发电系统是利用光伏电池将光能转化为电能,并将转化来的电能传输给电网的装置,它除了具有和其它系统一样的保护功能如过流、过压、欠压、过热、过频、欠频外,还要求具有一种特殊的保护功能即反孤岛效应功能。
一、孤岛效应的含义当系统工作于直接并网方式时,除了具有基本的保护功能外,还应该具有预防孤岛效应的特殊功能。
根据美国sandia国家实验室提供的报告可知,所谓孤岛效应就是当电力公司的供电系统,因故障事故或停电维修等原因停止工作时,安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络,而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象。
光伏发电并网工作示意图如上图所示为光伏发电系统并网工作的示意图,孤岛状态的含义:当逆变器并网工作时,因为各种原因导致市电不能给本地负载供电,即图中开关断开,此时如果没有任何孤岛判断技术,逆变器会持续给本地负载和局部电网负载供电,这样就会造成很大的危险,这就是所说的出现了孤岛供电现象。
孤岛效应是并网发电系统特有的现象,具有相当大的危险性,不仅会危害到整个配电系统及用户端的设备,更严重的会造成输电线路维修人员的生命安全,这是因为:(l)当电网需要停电维修时,光伏发电系统将会危及维修人员的安全。
(2)当孤岛效应发生时,电网不能控制供电孤岛的电压和频率,电压幅值和频率的漂移会对用电设备带来破坏。
(3)由于并网系统输出电压和电网电压之间产生了相位差,所以当电网重新恢复供电时会产生浪涌电流,可能会引起再次跳闸或对光伏系统、负载和供电系统带来损坏。
因此,对光伏并网发电系统来说,具有反孤岛效应的功能是至关重要的。
反孤岛效应的关键是电网断电的检测,而检测时间越短效果越好。
根据国际标准IEEE std.2000一929和UL1741,光伏并网发电系统在电网断电后检测到孤岛现象并将并网发电系统与电网断开的最大时间限制,如下表所示：IEEE std.2000一929/ UL1741对孤岛最大检测时间的限制指电网电压的标准值，对于我国单相市电为交流220V（有效值），注：Vnorm指电网电压频率的标准值，对我国市电的频率为50Hz。
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Ｏ 引 言
随着光 伏 发 电技 术 的飞 速 发 展 ，为 了使 光 伏 发 电系统 的能 量 转 换 效 率 达 到最 高 、安 全 性 能 达 到最 佳 ，人 们 一 直 在 探 索 研 究 光 伏 发 电系 统 的最 大功 率点 的跟 踪 、并 网逆变 器 的控 制 策 略 的选 择 、 如何 预 防孤 岛现象产 生 这 三个 关 键 问题 的最 优 解 决方 案 ．其 中如何预 防 孤 岛现象 产 生 ，直 接关 系到 电网 的 安 全 稳 定 运 行 ，得 到 大 家 的 广 泛 关 注 和 研究 ．
第 ３４卷第 ４期 ２０１２年 ０４月
武 汉 工 程 大 学 学 报
Ｊ． Ｗ ｕｈａｎ Ｉｎｓｔ． Ｔｅｃｈ．
文章 编 号 ：１６７４—２８６９（２０１２）０４—００７２—０４
Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．４ Ａｐｒ． ２０１２
光伏并 网孤岛效应产生特性与控制
甘家梁，李志敏，谈怀江
此可 以选 择 这 种 方 法 作 为 检 测 孤 岛 效 应 的 控 制 方 案．
变化来 判 断是 否 发 生 孤 岛效 应 ．此方 法 能 够 准 确 地 检测 孤 岛 ，但需 要 给逆 变 器输 出施加 扰 动 ，这 必 然 会对 并 网 电能 质 量 造 成 不 良影 响．主 动 检 测 法
（湖北工程学院计算机与信息科学学院，湖北 孝感 ４３２１００）
摘 要 ：基于光伏发电系统并网 中产生 的孤岛效应 问题 ，从 原理上 进行 了探 讨．比较 了检测 孤 岛效 应 的几种 方法 ，针对孤 岛检测 方 法 中 的检测 盲 点 ，提 出 了一种 基 于 频 率微 小 变 化 的功 率 平衡 的 孤 岛检 测 方 法．在 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的环境下 ，对其进行了建模 仿真研究 ，该方法具 有检测孤 岛无盲 区、响应 速度快 、对光伏 并 网 发 电系统有功输出无影响的特点 ，并验证 了采用这种孤岛检测方法的可行性． 关键词 ：光伏并 网；孤岛检测 ；并网逆变器 ；仿真 中图 分 类 号 ：ＴＭ７６１ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—２８６９．２０１２．０４．０１７
根 据 图 １，如果光 伏并 网系 统在 断 电前 和断 电
后输 出的有 功 和 无 功 功 率 是 不 变 的 ，则 产 生 孤 岛
效应后 ，孤 岛 的 电压 和频 率 由光伏 并 网 发 电系 统
的输 出能 量 和负 载 所 需 能 量 是 否平 衡 确定 ．当 光
伏发 电系统 并 网工 作 时 ，即 ｓ１和 ｓ２闭合 ，则 下 列
Ｑ ＝（ 一２ ）
（４）
当电网断电后 ，形成供 电“孤岛”，即 ｓ１闭合 ，
Ｓ２断 开 ，此 时有 ：
ｒ，１２
Ｐ Ｐ ＝
（５）
ＱＰｖ＝Ｑ ＝（ 一２ｏｒｆＣ）Ｕ ２
（６）
收 稿 日期 ：２０１２—０３—０２ 作 者简介 ：甘家梁 （１９６６一），男 ，湖北安陆人 ，副教授 ，硕士．研究方 向：电力电子技术与 自动化 控制系统
包 括 电 压 正 反 馈 法 、主 动 相 移 法 、主 动 频 移 （７） 法等 【６］．
手＿厂 尸Ｐｖ 一ＱＡＰｔ？ ｖ＝［（手） －～１］ ＱＰｖ＋。 厶ｆ－１（、 ８）
系统 并 网的等效 电路 如 图 １所示
Ａｐ，Ａａ
．．——————一
ＰＰｖ，ａＰｖ
Ａ， Ａ ——————一
公 共 电 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
网
电 源
光 伏 逆
变 并 阀 电
源
图 １ 光 伏 系统 并 网等 效 电 路
Ｆｉｇ．１ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ｇｒ ｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃｓ ｓｙｓｔｅｍ
所 谓孤 岛 效应 是 指 当 电 网 由于 电气 故 障 、误 操作 或者 自然 因 素 中断 供 电 时 ，与 公 共 电 网相 联 的各 个分 布式 的光 伏发 电系统 的控 制检 测 系 统不 能及 时有效 地 检 测 出停 电现 象 将 自身 脱 离 电 网 ， 造 成光 伏 发 电 系 统 单 独 给 某 个 区 域 内 的 负 载 供 电 ，形成 电力 部 门不可 控 的“孤岛 ”．该 现象 的发生 会造成电网电压和频率超 出允许 的范 围、降低 电 网的安全标准，这样会给“孤岛”上 的用 电设 备和 检修 人员 造成 较 大 的安 全 隐患 ．所 以 ，研究 孤 岛 检 测 方 法 及 控 制 策 略 ，具 有 十 分 重 要 的 现 实 意 义 －５］．
第 ４期
甘家梁 ，等 ：光伏并 网孤 岛效应产生特性与控制
７３
式 （５）、（６）中 ， 分别 代表 电 网断 电形 成 而 生 ．
孤 岛运 行后 负载 电压 和频 率．由式 （４）和 （６）可 知
主动检测 法 是 一 种 有 源 检 测 法 ，该 方 法 是 通
并 网系统 的频率 与并 网 逆 变 器输 出 的 无 功 有 关 ， 过 给并 网逆 变 器 的控 制 端 施 加 电压 、频 率 或 相 位 只要 改变 输 出无 功 功 率就 可 以改 变 系 统频 率 ，因 等 扰动 信号 ，检 测 受 扰 后 并 网逆 变器 输 出信 号 的
方程 式成 立 ：
ＰＰｖ＝ＰＬ＋△Ｐ
（１）
ＱＰｖ＝ＱＬ＋ＡＱ
（２）
ｔ ｒ２
Ｐ ＝ ｕ２
（３）
１ 孤 岛现 象产 生 的机 理 分 析
在实 际 的系 统 中 ，光 伏 发 电 系统 所 带 负 载 可 以用 ＲＬＣ并 联 电路模 拟 ．假 设 负 载 接 人 点 （也 是 公 共耦 合监 测点 ）的端 电压 和频 率 为 ｕ和 ｆ，输 出 的有 功和无 功 功率 用 Ｐ 和 Ｑ 表示 ；负载 所 吸 收 的有功 和无 功 功率用 Ｐ 和 Ｑ 表 示 ；△Ｐ和 ＡＱ代 表 光伏 系统 与负 载 之 间 的功 率 偏 差 ，则 光 伏 发 电