光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響研究綜述

陳 煒，艾 欣，吳 濤，劉 輝

（1.華北電力大學(xué) 新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室，北京 102206；2.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045）

0 引言

隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人類對能源需求的日益增加，以及傳統(tǒng)能源的日益枯竭，人們開始將目光投向了清潔可再生的新能源，希望其能改變現(xiàn)在的能源結(jié)構(gòu)，進而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。太陽能作為一種清潔可再生的能源，以取之不盡、用之不竭、廉價、無污染的特點使其有著其他新能源無法比擬的優(yōu)勢。

近年來，光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，光伏組件的成本日益降低，2004年在歐洲范圍內(nèi)光伏組件（光伏并網(wǎng)系統(tǒng)）成本為5€/Wp，預(yù)計到2020年將小于1€/Wp，2030年將小于 0.5 € /Wp［1］。截至 2007年底，世界太陽能電池累計裝機容量已達(dá)到12300 MW。2008年全世界太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)6850 MW，我國太陽能電池總產(chǎn)量達(dá)1780 MW；到2008年底我國光伏系統(tǒng)的累計裝機容量達(dá)到140 MW［2］。2008年全世界新增光伏發(fā)電裝機容量中約有1 GW來自10 MW及以上容量的光伏電站，我國也計劃于甘肅敦煌、昆明石林、青海柴達(dá)木盆地等地建設(shè)兆瓦級光伏并網(wǎng)電站。隨著各國百兆瓦級甚至千兆瓦級光伏電站的建設(shè)，光伏電站的大型化和并網(wǎng)化將成為今后發(fā)展以及研究的主要方向［3］。

在眾多光伏發(fā)電待研究的問題中，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響問題是一個迫切需要解決的問題。本文通過介紹光伏并網(wǎng)發(fā)電的原理與特點，對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對電網(wǎng)的多個方面的影響進行了一定的闡述。

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的類型、原理與特點

1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分類

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照其發(fā)電方式一般可分為：集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)［4］。

集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)，系統(tǒng)所發(fā)電力直接進入電網(wǎng)，但這種方式不能完全發(fā)揮太陽能分布廣泛、地域廣闊等特點。

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，即戶用型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，它可與建筑物結(jié)合形成屋頂光伏系統(tǒng)，通過設(shè)計可以降低建筑造價和光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價。在分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，白天不用的電量可以通過逆變器出售給當(dāng)?shù)氐墓秒娏W(wǎng)，夜晚需要用電時，再從電力網(wǎng)中購回［5］。

此外，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能又可以分為2類：一類為不含蓄電池的“不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”；另一類為包含蓄電池組作為儲能環(huán)節(jié)的“可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)”［6］。

如今光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有以下兩方面的發(fā)展趨勢：光伏并網(wǎng)電站容量向大型化發(fā)展，性能向并網(wǎng)友好型發(fā)展。

1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理與特點

光伏發(fā)電是基于半導(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)將太陽能輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。光伏電池陣列發(fā)出的直流電經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化為符合要求的交流電后，直接或通過變壓器接入電網(wǎng)。光伏系統(tǒng)一般由光伏電池板、控制器、儲能器件、逆變器組成。圖1為一個典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖［7］。圖2為光伏并網(wǎng)電站的等值簡化電路［8］，圖中，IP為光電流；iPV為光伏陣列輸出電流；CPV為光伏陣列出口側(cè)濾波電容；UPV為濾波電容器直流電壓；LAC為逆變器交流側(cè)濾波電感；RAC為濾波電感等值電阻；CAC為逆變器交流側(cè)濾波電容；iAC為逆變器交流側(cè)輸出電流；uAC為濾波電容器端電壓；N為變壓器變比；Ls為從變壓器到并網(wǎng)節(jié)點的等值電感；Rs為變壓器到并網(wǎng)節(jié)點等值電阻；is為光伏電站注入并網(wǎng)點的電流；us為并網(wǎng)點母線電壓，其幅值為 Us，相位角為θs。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of photovoltaic power system

圖2 并網(wǎng)光伏電站的等值簡化電路Fig.2 Simplified equivalent circuit of grid-connected photovoltaic power system

光伏發(fā)電系統(tǒng)一般具有以下特點。

a.隨機波動性［9-10］。作為一種典型的可再生清潔能源，環(huán)境溫度、太陽能光照強度以及天氣條件對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響十分強烈，由此造成了光伏發(fā)電系統(tǒng)最大的特點——隨機波動性。圖3為某光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率曲線［11］。可以看出隨著光照等氣象條件的變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率曲線呈隨機波動的特點。

圖3 某光伏發(fā)電輸出有功功率曲線Fig.3 Output curve of photovoltaic active power

b.現(xiàn)有主要的光伏并網(wǎng)逆變器的控制方式為電壓源電流控制，即輸入側(cè)為電壓源，輸出為電流源控制，通過控制輸出電流以跟蹤并網(wǎng)點電壓，達(dá)到并網(wǎng)的目的。輸出近似為純有功功率，功率因數(shù)接近于1。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生也主要是由逆變器產(chǎn)生的［12］。

c.并網(wǎng)逆變器的抗孤島保護功能與負(fù)荷狀況的相關(guān)性。由于現(xiàn)有的光伏發(fā)電容量相對于負(fù)載比例小，市電消失后電壓、頻率會快速衰減，抗孤島設(shè)備可以準(zhǔn)確檢測出來。但是隨著光伏發(fā)電容量不斷加大，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中會有多種類型的并網(wǎng)逆變器（不同保護原理）接入同一并網(wǎng)點，導(dǎo)致互相干擾，同時在出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載基本平衡的狀況時，抗孤島檢測的時間會明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測失?。?2-13］。

對于光伏并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)有的2種重要形式，除了具有光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的普遍特點之外，還具有其自身的一些顯著特點。

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點如下：

a.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電能是直接分配到用戶負(fù)載上的，多余或不足的電能通過與之相連接的配電網(wǎng)調(diào)節(jié)；

b.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般接入電壓等級為0.4 kV的低壓配電網(wǎng)；

c.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)還可以與其他新能源一起以微網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)，并與大電網(wǎng)互為支撐［14］，這是提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模的一種重要技術(shù)出路。

集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點如下。

a.集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相比，可以方便地進行無功和電壓控制，同時也更容易地參與到電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)中。但是，由于集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般位于太陽能資源豐富與穩(wěn)定的荒漠地區(qū)，需要通過長距離的高壓輸電線路并網(wǎng)，這就使其自身對于電網(wǎng)而言成為了一個不可忽視的干擾源，電壓跌落、線路損耗、無功補償?shù)葐栴}將不容忽視［15］。

b.集中式大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電壓等級一般為10 kV，但一些更大規(guī)模的光伏發(fā)電電站會接入到更高的電壓等級。

c.二次設(shè)備的投入加大［16］，如大量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，需加裝或更換保護及自動化裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)引起的非正常孤島問題，需加裝有效的反孤島保護［11］。光伏電源所引起的逆潮流現(xiàn)象需要新的電壓控制策略［9］。

針對這些特點，現(xiàn)在國內(nèi)外集中式大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)有以下發(fā)展趨勢：

a.容量越來越大，向百兆瓦級甚至千兆瓦級轉(zhuǎn)變；

b.光伏并網(wǎng)逆變器大型化，采用上百千瓦到兆瓦級甚至更大容量的光伏并網(wǎng)逆變器；

c.接入電網(wǎng)電壓等級越來越高；

d.電網(wǎng)適應(yīng)性要求提高，提出了光伏電站具備有功/無功控制能力、低電壓穿越能力以及能夠參與電網(wǎng)調(diào)度等技術(shù)要求。

近年來我國在大規(guī)模新能源并網(wǎng)發(fā)展方面加大了投入，國家財政部、科技部和國家電網(wǎng)公司于2009年4月13日召開了“金太陽工程”協(xié)調(diào)會，總投資約150億元的國家風(fēng)光儲示范項目正式啟動，開發(fā)規(guī)模為500 MW風(fēng)力發(fā)電、100 MW光伏發(fā)電、110 MW化學(xué)儲能。同年6月12日，國家風(fēng)光儲項目落戶張北縣，此項目是目前世界上規(guī)模最大，集風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲能及輸電工程四位一體的可再生能源項目。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響

由于光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的火力發(fā)電、水利發(fā)電在固有特性與接納方式等方面有很大的不同，所以在并網(wǎng)時通常會產(chǎn)生以下幾方面的問題。

2.1 電能質(zhì)量問題

由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)只能提供有功電能，則負(fù)載的無功電流可能會影響電網(wǎng)末梢的供電質(zhì)量，需增加相應(yīng)的無功補償設(shè)備。另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)受晝夜太陽輻射變化的影響很大，具有間歇性、不穩(wěn)定性等特點，從而其發(fā)電功率也將出現(xiàn)間歇性和不穩(wěn)定性。為了提高并網(wǎng)裝置的利用率，改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量，使其具有良好的經(jīng)濟效益，文獻［17］提出了基于瞬時無功理論的ip-iq電流檢測方法的光伏并網(wǎng)逆變器的2種控制方案，實現(xiàn)了逆變器并網(wǎng)發(fā)電、動態(tài)無功補償、有源濾波的柔性結(jié)合，同時又改善了電能質(zhì)量；文獻［18］針對統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器因直流側(cè)沒有儲能設(shè)備通常不能對負(fù)載進行電力中斷補償，且太陽光的日夜交替變化導(dǎo)致光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置只能間歇工作，從而影響設(shè)備的利用效率和電力系統(tǒng)正常運行的不足，提出了一種新的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和控制策略，該系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)電能質(zhì)量綜合治理、光伏并網(wǎng)發(fā)電以及電力中斷補償。

以下針對諧波、電壓、頻率來具體闡述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入后主網(wǎng)的電能質(zhì)量問題。

2.1.1 諧波

隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中所占的比例越來越大，諧波污染問題會成為其發(fā)展中一個不可忽視的問題。

光伏逆變器中含有大量的電力電子元器件，在直流逆變?yōu)榻涣鲿r不可避免地會產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)會造成諧波污染［19］，并且在并網(wǎng)逆變器輸出輕載時諧波明顯變大［20］，在額定出力的20%以下時，電流諧波總畸變率（THD）會超過5%［12］。如果電網(wǎng)中含有多個諧波源，還有可能會產(chǎn)生高次諧波的功率諧振。因而在保證逆變器自身可靠性的同時，還需降低線路電流諧波總含量。主要通過以下兩方面來加以控制：一是在逆變器中采用諧波抑制電路和有源功率因數(shù)校正電路對高次諧波加以處理；二是在供電設(shè)備端對流入的高次諧波和畸變電流加以處理［21］。因此，對光伏系統(tǒng)中的諧波進行準(zhǔn)確且快速的測量分析是很有必要的?，F(xiàn)有的并網(wǎng)逆變器抑制諧波的方法主要有群控技術(shù)方法與綜合補償控制方法2種。文獻［22］應(yīng)用加窗插值基2FFT算法，有效地實現(xiàn)了對諧波各項參數(shù)的檢測分析，并應(yīng)用此方法對光伏并網(wǎng)模型的諧波進行了檢測分析。

此外，國家針對諧波會造成的危害也設(shè)定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如國家電網(wǎng)公司光伏太陽能電廠接入系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定與分布式電源入網(wǎng)技術(shù)規(guī)定，所連公共連接點的諧波電流分量（方均根值）應(yīng)滿足GB/T14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》的規(guī)定［23］。

2.1.2 電壓和頻率

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的2種形式會對配電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量及其控制造成一定的影響。

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般處于用戶附近，為當(dāng)?shù)刎?fù)荷服務(wù)，可通過并網(wǎng)來實現(xiàn)功率的補償與外送，從而減少對電網(wǎng)的依賴，也減少了電力傳輸所造成的線路損耗［24］；同時也可以與風(fēng)電、燃?xì)鈾C等新能源組成智能微網(wǎng)在一定條件下脫網(wǎng)獨立運行［25］。但配電網(wǎng)中的潮流方向會隨時變化，這就使得相關(guān)的保護定值需要重新整定；饋線的電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的正常工作也會受到影響，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。在發(fā)生潮流倒送時，光伏發(fā)電系統(tǒng)與變電站之間的電壓降會梯度地變化，通過調(diào)節(jié)變壓器的調(diào)壓開關(guān)可以予以修正，還需與光伏發(fā)電系統(tǒng)和無功補償裝置配合使用［26］。

集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般選址于偏遠(yuǎn)的荒漠地區(qū)，需要通過升壓變壓器以中壓或者高壓接入電網(wǎng)。按照國家電網(wǎng)公司的相關(guān)規(guī)定：大于8 MW的分布式電源應(yīng)予以調(diào)度。因此，大規(guī)模光伏電站和普通電廠一樣也應(yīng)設(shè)有相應(yīng)的二次設(shè)備［27］。由于光伏的功率因數(shù)接近1，所以大規(guī)模集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)配備一定比例的無功補償設(shè)備，使其具備一定的無功調(diào)節(jié)能力，保證電站功率因數(shù)和高壓側(cè)母線電壓保持在一定范圍內(nèi)［28］。

隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中比例逐步加大，其發(fā)電有一定的隨機性，會使系統(tǒng)的頻率時常波動，這就需要系統(tǒng)中具備足夠量的調(diào)峰電源以及增加調(diào)頻能力快的機組的比例，如汽輪機、抽水蓄能電站等。

2.2 孤島效應(yīng)問題

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)是指與光伏發(fā)電系統(tǒng)連接的電網(wǎng)線路因故障、事故或停電檢修與其跳脫時，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)向所帶負(fù)載供電，從而形成了一個供電公司無法掌握的自給供電孤島［29-30］。

孤島效應(yīng)會對配電網(wǎng)系統(tǒng)和用戶端造成嚴(yán)重的危害，主要體現(xiàn)在以下幾個方面［31-32］：

a.對電網(wǎng)負(fù)載或人身安全的危害，當(dāng)配電網(wǎng)故障時，用戶或線路維修人員可能意識不到自給供電系統(tǒng)的存在，從而造成安全事故；

b.缺少了電網(wǎng)的支持，電力孤島區(qū)域的供電電壓和頻率不穩(wěn)定，容易造成用電設(shè)備的損壞；

c.電網(wǎng)恢復(fù)供電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)重新并網(wǎng)會因相位不同步引起大的電流沖擊；

d.切換成孤島運行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，如果無儲能元件或儲能容量太小，用戶負(fù)荷會發(fā)生電壓閃變。

因此研究孤島效應(yīng)的檢測方法和保護措施，將孤島效應(yīng)的危害降至最低，具有很重要的意義。

孤島檢測方法主要分為：主動式與被動式［33-34］。主動式檢測方法是指通過控制并網(wǎng)逆變器，使其對電網(wǎng)施加一些擾動信號。當(dāng)電網(wǎng)正常運行時，由于電網(wǎng)的平衡作用，所施加的擾動信號無法檢測，但當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，并網(wǎng)逆變器施加的這些擾動信號將快速地累積并超過并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)所允許的范圍，從而觸發(fā)孤島效應(yīng)的保護電路。被動式檢測方法是指通過檢測并網(wǎng)逆變器的輸出是否偏離并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍（如頻率、電壓或相位），判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生。

主動檢測法主要有有源頻率偏移AFD（Active Frequency Drift）法、帶正反饋的有源頻率偏移AFDPF（Active Frequency Drift with Positive Feedback）［35-36］、滑模頻率偏移 SMS（Slip Mode frequency Shift）輸出功率擾動檢測等。主動檢測法的原理是引入一些功率擾動量，而這些擾動量會使系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量下降。被動檢測法主要有過/欠電壓、高/低頻檢測、相位突變檢測、電壓諧波檢測等。被動式檢測方法具有原理簡單、容易實現(xiàn)、對電力系統(tǒng)無諧波影響等優(yōu)點。但是，由于光伏電源的功率與局部電網(wǎng)負(fù)載的功率在基本平衡的狀態(tài)下而導(dǎo)致并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和頻率變化很小，所以采用被動式孤島檢測方法時，會出現(xiàn)較大的檢測盲區(qū)。在考慮采用被動式檢測方法的時候，應(yīng)該避免這種狀況出現(xiàn)［37-38］。

針對孤島檢測中采用的各種方法，文獻［38］提出一種新型的過/欠電壓與功率擾動法，其具體方法是通過檢測逆變器與電網(wǎng)連接點的電壓幅值與頻率來判斷孤島效應(yīng)是否發(fā)生。同時，為防止在孤島檢測中由于負(fù)載盲區(qū)而產(chǎn)生的誤判現(xiàn)象，在試驗中采取主動式孤島檢測方法，即引入功率擾動減小誤判現(xiàn)象的發(fā)生。文獻［39］提出了一種在AFD偏移基礎(chǔ)上改進的2N周期擾動法與關(guān)鍵電量檢測法相結(jié)合的方法，該方法可以有效減小非檢測區(qū)并且在檢測區(qū)內(nèi)可以提高孤島檢測的可靠性。文獻［40］針對目前光伏逆變器的反孤島研究主要集中于對單臺逆變器的檢測算法與參數(shù)優(yōu)化，采用孤島檢測相位原理和負(fù)載品質(zhì)因數(shù)與諧振頻率坐標(biāo)系下的盲區(qū)空間理論，深入分析了AFD及AFDPF在多級并網(wǎng)工作模式之間的相互影響及孤島檢測盲區(qū)的變化規(guī)律，揭示了多機并網(wǎng)下孤島檢測可靠性與工作條件的關(guān)系。

2.3 可靠性與穩(wěn)定性問題

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入主網(wǎng)后會對系統(tǒng)的供電可靠性和穩(wěn)定性造成以下幾方面的影響：

a.如前所述，光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的波動性和隨機性會引起輸出功率不穩(wěn)定，進而會對系統(tǒng)的供電可靠性造成一定程度的影響；

b.光伏電站的選址、配置容量和與電網(wǎng)的連接方式，以及故障光伏電池組件的切除也會對系統(tǒng)的可靠性造成影響［22，41］；

c.隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)大量投入運行，所占的發(fā)電容量比例越來越高時可能會引起系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性問題。

針對光伏發(fā)電系統(tǒng)接入主網(wǎng)后所引起的可靠性與穩(wěn)定性的問題，國內(nèi)外已進行了一定的研究。光伏發(fā)電具有隨機性強的特點，需要建立光伏電站發(fā)電可靠性模型，進行可靠性評估。文獻［42-43］提出了幾種適用的可靠性計算模型。隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)內(nèi)的滲透率越來越高，分析其對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響問題就顯得越來越重要，對此文獻［44］利用PSS/E分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入系統(tǒng)后所帶來的穩(wěn)定性問題。文獻［45］就光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中的“滲透率”進行了描述，并針對“高滲透率”對電網(wǎng)所帶來的潛在影響問題進行了綜述。文獻［46］分析了大范圍的光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)對系統(tǒng)振蕩穩(wěn)定性的影響，并指出光伏發(fā)電系統(tǒng)分散性地滲透入電網(wǎng)比集中在某處并入電網(wǎng)更有利于系統(tǒng)的振蕩穩(wěn)定。此外，文獻［47］提出以故障組件對光伏電站的整體出力影響為判據(jù)的故障光伏組件切除條件，但并未考慮光伏電池組件的耐受電壓以及故障組件位置分布的影響。文獻［41］提出針對光伏電站發(fā)出的無功功率與接入點電壓關(guān)系以及光伏電站的故障特性，對光伏電站的無功功率與電網(wǎng)潮流進行求解，從而提出光伏電池組件的切除條件。

針對光伏發(fā)電系統(tǒng)大量投入運行時可能引起的穩(wěn)定性問題，文獻［48］對利用電池儲能、轉(zhuǎn)移負(fù)荷、在最大功率輸出點以下運行這3種減少由集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所引起的功率波動問題的方法進行了比較研究。此外，還可以通過柔性交流輸電技術(shù)、高壓直流輸電以及能源存儲技術(shù)等控制大功率源的波動，進而確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。其中能源存儲裝置技術(shù)主要有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲能電池3種方式。其中儲能電池的方式運用最多。為了使光伏發(fā)電連續(xù)、均衡送電，儲能電池的容量與太陽能、風(fēng)電機組發(fā)電功率通常以大于1配備，即發(fā)電功率為1kW時，儲能電池的容量需大于1 kW·h［49］。但是大規(guī)模的光伏電站受投資限制，一般不設(shè)蓄電設(shè)施，造成了其傳輸功率大小和方向晝夜變化較大，可以通過選擇有載調(diào)壓變壓器的方式解決［50］。

2.4 電網(wǎng)效益問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，由于其發(fā)電形式的特殊性，會給電網(wǎng)效益帶來以下幾方面的問題。

a.由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力，這將對電網(wǎng)的早高峰負(fù)荷和晚高峰負(fù)荷造成沖擊。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能減少傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)機組的擁有量或冗余，電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用機組來解決早高峰和晚高峰的調(diào)峰問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機組利用小時數(shù)下降為代價的，這是發(fā)電商所不愿意看到的［51］。

b.給負(fù)荷預(yù)測造成一定的困難。負(fù)荷預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃的一個重要依據(jù)，新能源出力的隨機性使電源的規(guī)劃方式發(fā)生變化［13］。良好的電網(wǎng)規(guī)劃會使電網(wǎng)效益有很大的提升。近年來，新興的電網(wǎng)規(guī)劃方式在負(fù)荷能耗增長分析后直接引入了新能源，運用凈負(fù)荷的定義歸納出電網(wǎng)特征，再進行常規(guī)機組的規(guī)劃，并通過不斷迭代從而達(dá)到更好的機組協(xié)同效果。迭代過程包括選址優(yōu)化、機組協(xié)同策略、引入儲能、負(fù)荷管理甚至減少某些新能源機組等，進而達(dá)到可靠性供電和盡量小的并網(wǎng)代價和開銷的目的［52-53］。

2.5 配電網(wǎng)問題

大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)接入系統(tǒng)后，將不可避免地對配電網(wǎng)中的潮流方向、調(diào)度運行、保護等造成影響［9，11，26，54-55］。

a.對配電網(wǎng)負(fù)荷特性的影響：發(fā)電功率隨日照強度變化，一般在10∶00到14∶00達(dá)到峰值，從而改變配電網(wǎng)的負(fù)荷曲線特征及最大負(fù)荷點。

b.對配電網(wǎng)規(guī)劃及調(diào)度的影響主要體現(xiàn)在以下幾方面的改變：光伏發(fā)電系統(tǒng)接入對配電網(wǎng)潮流的改變，光伏發(fā)電系統(tǒng)向配電網(wǎng)反送功率的預(yù)測及負(fù)荷特性的改變，現(xiàn)有配電網(wǎng)的規(guī)劃，調(diào)度運行方式的改變。

c.對調(diào)度自動化的影響：現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)單元不具有調(diào)度自動化功能，不能參與電網(wǎng)頻率、電壓的調(diào)整，這無疑會減少配電網(wǎng)的可調(diào)度發(fā)電容量，從而加大配電網(wǎng)控制與調(diào)度運行的難度。

d.對電壓的影響：若大量光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)終端或饋線末端，由于存在潮流反饋，電流通過饋線阻抗產(chǎn)生的壓降將使負(fù)荷電壓比變電站側(cè)高，可能使負(fù)荷側(cè)電壓越限。另外，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電流的變化也會引起電壓波動，而同一區(qū)域的光伏發(fā)電功率受光照變化的影響具有一致性，這將加劇電壓的波動，可能引起電壓/無功調(diào)節(jié)裝置的頻繁動作。

e.對保護的影響。集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般通過10 kV饋線接入配電網(wǎng)，當(dāng)故障發(fā)生時，其故障電流的大小和分布明顯與不接光伏電源時不同。同時配電網(wǎng)會成為一個多電源系統(tǒng)，這就要求繼電保護設(shè)備具有方向性，從而需要重新考慮繼電保護設(shè)備的設(shè)計和應(yīng)用思路［8］。

當(dāng)光伏電源容量與配電網(wǎng)系統(tǒng)容量相比足夠大時，將會影響配電網(wǎng)原有繼電保護裝置的正常運行。由于光伏電源對故障電流的助增或者分流作用，流過保護裝置的故障電流可能增大也可能減小，它將改變保護的范圍和靈敏度，給各個保護裝置的相互配合帶來問題［56］。文獻［57］提出利用電抗器高阻抗值的特性，來限制分布式電源提供的短路電流，有效地解決了分布式電源與保護之間的協(xié)調(diào)性問題。文獻［58］提出采用故障限流器來解決分布式電源助增電流對保護選擇性的影響。文獻［59］提出將配電網(wǎng)中的分布式發(fā)電系統(tǒng)分成不同的功率帶，采用自適應(yīng)方法進行保護配合。

3 結(jié)語

光伏發(fā)電作為新能源的一種重要形式有著很好的發(fā)展前景。但光伏并網(wǎng)發(fā)電會引起電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量、穩(wěn)定性與可靠性、電網(wǎng)效益等問題，以及光伏系統(tǒng)所帶來的孤島效應(yīng)問題和對配電網(wǎng)影響的問題，這些主要是由光伏發(fā)電的隨機出力特性造成的。針對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的2種重要形式（分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)），在并入電網(wǎng)后所產(chǎn)生的上述問題中所體現(xiàn)出的不同，本文進行了一定的闡述。在今后的研究中針對這些不同還需進行更進一步的分析，提出更有效的解決方法，從而使光伏發(fā)電更加安全、穩(wěn)定、高效率。