光伏發(fā)電入網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

引言：本文采取了變步長(zhǎng)追的戰(zhàn)略保證光伏發(fā)電系統(tǒng)能獲得最大的輸出功率。把單獨(dú)的光伏系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓和頻率發(fā)生變動(dòng)。為了避免這種情況的發(fā)生，并且能夠充分發(fā)揮其高效、無(wú)污染、可再生的特性，本文提出將光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的原理和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)分析，闡述了光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)造成的主要影響，以及闡述這些影響的主要原因。

一、前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，對(duì)于能源的需求日趨緊張，如今煤炭和石油資源都在大規(guī)模開(kāi)采，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)這些不可再生資源都會(huì)面臨枯竭，這也就代表著全國(guó)經(jīng)濟(jì)將會(huì)陷入困境。同時(shí)這些不可再生資源的使用會(huì)排放出一些有害氣體，這些有害氣體的出現(xiàn)直接對(duì)大氣層造成破壞，當(dāng)今全球溫度變暖就是由這些溫室氣體的排出造成的。所以針對(duì)當(dāng)今全球環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)，各國(guó)都在研究新型能源，希望可以取代不可再生能源的利用，其中包括水能、風(fēng)能、核能、潮汐能、太陽(yáng)能等。本文著重介紹下對(duì)于太陽(yáng)能的利用，光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的組成以及優(yōu)勢(shì)，同時(shí)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成哪些影響。

二、光伏發(fā)電的發(fā)展歷程

隨著科學(xué)的發(fā)展對(duì)資源利用的改革，從開(kāi)始使用太陽(yáng)能開(kāi)始到現(xiàn)在已經(jīng)有了近十幾年的發(fā)展，并且平均增長(zhǎng)率保持在15%，持續(xù)對(duì)光伏的利用已經(jīng)是一個(gè)趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代后對(duì)這一領(lǐng)域的研究達(dá)到了另一個(gè)高度，已經(jīng)平均增長(zhǎng)高于30%了，1999年的時(shí)候?qū)夥M件運(yùn)行達(dá)到了200MW。各國(guó)家對(duì)這一行業(yè)都在進(jìn)行著研究，并且投入資金和精力來(lái)研發(fā)新技術(shù)，爭(zhēng)取運(yùn)用全自動(dòng)化程序運(yùn)行減少人員使用來(lái)降低成本，現(xiàn)在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大進(jìn)展。世界對(duì)這一領(lǐng)域的研究和調(diào)查后發(fā)現(xiàn)2011年的光伏發(fā)電裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到了17.7GW，比去年增加了近67.4GW，由于能源日趨緊張，對(duì)光伏新能源的利用已經(jīng)成為世界第三大新能源。我國(guó)的光伏電網(wǎng)截止到2012年9月已經(jīng)達(dá)到271萬(wàn)kW，發(fā)電量25.2億kW，這一結(jié)果代表著我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)迅速發(fā)展。對(duì)于光伏的研究還在進(jìn)行，與12年10月26日又起草了新的方案，這一方案解決了大眾存在的問(wèn)題，還會(huì)開(kāi)放一些免費(fèi)項(xiàng)目，針對(duì)多于的電量進(jìn)行回收，這新方案的發(fā)布代表著我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)又進(jìn)步了。

三、大容量光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的組成

1.光伏陣列

光伏發(fā)電是利用光生伏大效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能，單個(gè)的光伏電池因?yàn)槠漭敵龅碾妷汉碗娏鞫疾荒苓_(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并且功率太小，所以導(dǎo)致了其并不能在大規(guī)模的發(fā)電中得以應(yīng)用。因?yàn)檫@個(gè)原因，通常狀況下是多個(gè)光伏電池通過(guò)串聯(lián)、并聯(lián)將其整合成陣，通過(guò)這種方式來(lái)獲得能夠符合標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電裝置。

在這當(dāng)中，VPV所表示的是光伏陣列陣的輸出電壓;IPV用來(lái)表示光伏陣列的輸出電流;其次Iph表示光生電流源電流;而Is是二極管的飽和電流;q用以表示電子電量常量，為1.602e-19C;而k為玻爾茲曼常數(shù)，為1.38e-23J/K;T表示光伏電池工作的絕對(duì)溫度值;A為二極管特性擬合系數(shù)，把數(shù)值控制在了在1～2之間;還有Rs為光伏電池串聯(lián)的電阻，Rsh為光伏電池并聯(lián)電阻，而NS表示串聯(lián)的電池?cái)?shù)和NP為并聯(lián)的光伏電池?cái)?shù)。

2.斬波器

在采用雙級(jí)并網(wǎng)的過(guò)程中，為了滿足后續(xù)逆變器輸入電壓的的范圍要求，必須采用斬波器來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電壓的升降。由于光伏列陣的輸出電壓是低于要求的，所以通常情況下都是采用了升壓斬波器。

3.逆變器

光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的作用不僅僅是把直流電能轉(zhuǎn)換為交流電，同時(shí)也起著改善輸出性能的作用。由于pwm類(lèi)型的逆變器的電路相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)輸出電壓的波形諧波含量相對(duì)較小，因此在選用逆變器的時(shí)候通常來(lái)選擇PWM式，這是由PWM調(diào)制的工作原理決定;P代表調(diào)制度，表示逆變器控制系統(tǒng)的調(diào)制信號(hào);VAC代表逆變器交流側(cè)基波線電壓有效值;VDC表示逆變器直流側(cè)電壓，雙級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，即為斬波器輸出電壓。

四、大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理與特點(diǎn)

1.大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的主要原理就是根據(jù)光生伏打效應(yīng)，利用太陽(yáng)能電池板對(duì)光子進(jìn)行吸收，從而會(huì)有電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生，這樣就可以進(jìn)行發(fā)電過(guò)程。對(duì)于大容量的光伏發(fā)電站，整個(gè)系統(tǒng)的組成就是一個(gè)集群，在這個(gè)集群中的逆變器是并聯(lián)使用的，這樣就可以保證每個(gè)逆變系統(tǒng)之間的單獨(dú)運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行狀況的不同，各臺(tái)逆變器和變壓器可以有多種投運(yùn)方案，進(jìn)而解決了在低日照情況下變換效率的問(wèn)題。

2.大容量光伏發(fā)電的特點(diǎn)

太陽(yáng)能是可再生的能源，也是清潔能源之一，但是在光伏發(fā)電過(guò)程中經(jīng)常會(huì)受到環(huán)境溫度、太陽(yáng)光照射強(qiáng)度等多方面的影響，所以光伏并網(wǎng)發(fā)電最大的特點(diǎn)就是隨機(jī)波動(dòng)性。無(wú)論分布式還是集中式發(fā)電，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)都會(huì)有削弱峰值負(fù)荷的特性，這是太陽(yáng)能發(fā)電相對(duì)風(fēng)能發(fā)電的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，這樣也可以確保太陽(yáng)能所轉(zhuǎn)換的電能存儲(chǔ)到存貯器內(nèi)，所以說(shuō)在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)將會(huì)是一個(gè)重要能源趨勢(shì)。

五、光伏發(fā)電入網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

1、負(fù)荷峰谷對(duì)電網(wǎng)的影響：目前來(lái)說(shuō)，光伏并網(wǎng)發(fā)電的方式暫時(shí)不具備調(diào)峰和調(diào)頻的能力，這就造成了在早晚兩個(gè)用電的高峰期將會(huì)對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的沖擊。所以仍然需要大量的傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)來(lái)保證用電高峰能夠正常供電。

2.晝夜變化帶來(lái)的影響：時(shí)差以及季節(jié)變化都會(huì)對(duì)于電網(wǎng)產(chǎn)生非常明顯的影響，陽(yáng)光照射所出現(xiàn)的周期性變化仍然導(dǎo)致電網(wǎng)裝機(jī)容量有著較高水平的需求。

3.氣象條件的變化帶來(lái)的影響：當(dāng)光伏并網(wǎng)在一個(gè)城市形成一定的規(guī)模時(shí)，如果出現(xiàn)地理現(xiàn)象突變的情況發(fā)生，城市電網(wǎng)仍然能夠?yàn)槠涮峁┠軌驖M足其需要的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來(lái)調(diào)控并網(wǎng)發(fā)電，但是在這種情況下，必然造成會(huì)付出大量的經(jīng)濟(jì)代價(jià)來(lái)維持其正常運(yùn)行。

4.遠(yuǎn)距離光伏電能輸送帶來(lái)的影響：目前，已經(jīng)驗(yàn)證了建立光伏發(fā)電網(wǎng)，并且遠(yuǎn)距離的進(jìn)行電力輸送已經(jīng)完全可行，但是，目前存在的問(wèn)題是光伏并網(wǎng)發(fā)電并沒(méi)有旋轉(zhuǎn)慣量、調(diào)速器及勵(lì)磁系統(tǒng)，所以仍然存在著不穩(wěn)定的問(wèn)題，如果采取光伏并網(wǎng)的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)高壓送電，這將會(huì)給與光伏發(fā)電直流輸電系數(shù)相鄰的交流系統(tǒng)帶來(lái)穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，而專(zhuān)門(mén)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的輸電線路，由于負(fù)荷率低下，顯得很不經(jīng)濟(jì)。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)山東巨野縣供電公司）