光伏發(fā)電并網(wǎng)面臨的問題分析

馬可衛(wèi)

摘要：本文首先分析了光伏發(fā)電面臨的問題：如何有效利用仿真手段對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)進(jìn)行研究;光伏系統(tǒng)對整個(gè)電力系統(tǒng)影響的問題;配電網(wǎng)規(guī)劃所面臨的新問題;光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)帶來的整個(gè)電網(wǎng)的控制問題，然后歸納了提升以及解決對策：構(gòu)建光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證環(huán)境;深入研究光伏發(fā)電系統(tǒng)及微網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)理;健全光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，最后簡要分析了光伏發(fā)電在施工之中為了控制質(zhì)量需要采取的措施：建設(shè)場地的清理、平整;方陣及逆變器室設(shè)計(jì)優(yōu)化;支架安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;并網(wǎng);問題

引言

目前，比較多的相應(yīng)的光伏發(fā)電的設(shè)備需要進(jìn)行并網(wǎng)，使得并網(wǎng)的運(yùn)行能夠充分的而且有效的得到相應(yīng)的提升。光伏發(fā)電并網(wǎng)的需要，應(yīng)該相應(yīng)在經(jīng)濟(jì)政策和法律法規(guī)上進(jìn)行一定程度上的完善，但是本文并不試圖探討這個(gè)的不完善，需要在忽略此技術(shù)層面上，探討相應(yīng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)后2部分都能安全高效運(yùn)行這一重大問題，也是決定光伏發(fā)電技術(shù)能否大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵。

光伏發(fā)電系統(tǒng)目前可以區(qū)分為離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及相應(yīng)的并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，其中并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)有著比較明顯的優(yōu)勢。在投資的金額之上，其中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠比離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)金額占用比較少，將近少25%。其中將相應(yīng)的光伏發(fā)電的系統(tǒng)能夠做成微網(wǎng)的形式后接入到比較大的電網(wǎng)之中進(jìn)行并排運(yùn)行，從而最終實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)互為支撐的目的。

目前，一般而言，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)與其他分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)給大電網(wǎng)帶來的問題可能相同。因此，筆者認(rèn)為可以借鑒其他分布式電源并網(wǎng)方面的研究成果，但仍然有必要研究光伏發(fā)電系統(tǒng)電網(wǎng)并網(wǎng)后大電網(wǎng)可能面臨的問題及對策。

一、光伏發(fā)電面臨的問題

（一）如何有效利用仿真手段對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)進(jìn)行研究

電網(wǎng)的研究建設(shè)過程之中仿真手段比較關(guān)鍵的方法。因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)自身有著比較特殊的特點(diǎn)，所以為了能夠合理及正確的對光電系統(tǒng)進(jìn)行建模，可以利用仿真手段對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)進(jìn)行研究是光伏發(fā)電系統(tǒng)面臨的重要問題之一。

在比較傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的分析以及檢測研究方法之中，對于光伏發(fā)電的系統(tǒng)不能夠有效的進(jìn)行相應(yīng)的研究以及改善。更難以完成光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行控制、規(guī)劃任務(wù)，因此應(yīng)根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，開發(fā)良好的仿真軟件，這樣才能夠有效實(shí)現(xiàn)對光伏系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的分析，研究光伏發(fā)電系統(tǒng)對大電網(wǎng)進(jìn)行作用的機(jī)理及各種復(fù)雜擾動行為，這些都有助于研究光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)電網(wǎng)后的控制及光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的規(guī)劃問題。

（二）光伏系統(tǒng)對整個(gè)電力系統(tǒng)影響的問題

在一般情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)都是通過微電網(wǎng)并入大電網(wǎng)中的，微電網(wǎng)通常存在著多種運(yùn)行的狀態(tài)，其中光伏發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)在一定程度上以分散的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行以及發(fā)展的時(shí)候，使得功率是以雙向流動的方式出現(xiàn)的。在大電網(wǎng)的故障完成消除之后，通過相關(guān)的并網(wǎng)控制即可實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)對微網(wǎng)的有效容納和并入，使得微網(wǎng)從新進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)。

此種方式與比較傳統(tǒng)的電網(wǎng)系統(tǒng)比較而言，光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性有很大差別，并且相應(yīng)的單個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)在進(jìn)入到電網(wǎng)后功率比較小，但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入點(diǎn)較多，因此當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)大量接入電網(wǎng)后，其與整個(gè)電網(wǎng)之間的相互作用將是非常復(fù)雜的，并且可能對于整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行的特質(zhì)都會有所影響。對光伏發(fā)電系統(tǒng)并入對整個(gè)電力系統(tǒng)的影響及整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析，有助于有效控制光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)的時(shí)間，容量，使光伏發(fā)電系統(tǒng)取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。

（三）配電網(wǎng)規(guī)劃所面臨的新問題

配電網(wǎng)在接納光伏發(fā)電的整個(gè)系統(tǒng)之后，整個(gè)配電網(wǎng)的角色都會發(fā)生變化，也就說，整個(gè)電網(wǎng)從單一的電能分配角色轉(zhuǎn)變?yōu)榱苏w的電能收集者角色，整個(gè)配電網(wǎng)將成為電能傳輸、分配和收集于一體的新型配電電能交換系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)會一定程度上影響著配電網(wǎng)的自身的電能質(zhì)量，如帶來嚴(yán)重的電壓閃變，諧波及污染等問題，這就對配電網(wǎng)規(guī)劃提出了新的要求。

因此，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入配電網(wǎng)之后，如何進(jìn)行整個(gè)配電網(wǎng)的合理規(guī)劃，是比較關(guān)鍵而且值得深思的問題。其中，如果不能對整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效而合理的利用，則還有可能對整個(gè)配電系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致光伏系統(tǒng)的建設(shè)和使用問題更加突出，嚴(yán)重影響所接入配電網(wǎng)的母線電壓、電流和電網(wǎng)潮流，對整個(gè)配電網(wǎng)的供電可靠性造成嚴(yán)重影響，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)規(guī)劃帶來了新的挑戰(zhàn)。

（四）光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)帶來的整個(gè)電網(wǎng)的控制問題

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)具有不穩(wěn)定性，其將使所接入的整個(gè)配電網(wǎng)短期的負(fù)荷預(yù)測不準(zhǔn)確，這就導(dǎo)致傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)行及計(jì)劃難度的增加，致使配電網(wǎng)難以進(jìn)行斷面交換功率的控制。電力系統(tǒng)接納光伏發(fā)電的系統(tǒng)之后，配電網(wǎng)中電源點(diǎn)的數(shù)量多，但是此種電源點(diǎn)分布比較散，而且電源的協(xié)調(diào)比較難以控制與協(xié)調(diào)，常規(guī)的電壓及無功補(bǔ)償方法都將難以適用。這就比較大程度上地影響了配電網(wǎng)的安全備用、網(wǎng)絡(luò)調(diào)峰、安全備用以及頻率穩(wěn)定的問題。

（五）無功補(bǔ)償問題

光伏并網(wǎng)逆變器存在一定的無功消耗，所以應(yīng)配備一定的無功補(bǔ)償裝置以具備無功調(diào)節(jié)能力，來保證電站功率因數(shù)和高壓側(cè)母線電壓保持在合理的范圍內(nèi)。特別是對于功率因數(shù)比較高（不小于0.98）的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，更需要進(jìn)行有效的無功補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)無功的分層分區(qū)以及就地平衡，以減少光伏發(fā)電接入時(shí)對電壓的影響，另外還可以降低線損，保證逆變器的正常運(yùn)行，例如，光伏發(fā)電系統(tǒng)以10kV電壓等級接入系統(tǒng)，則lOkV側(cè)的功率因數(shù)在0.85～0.98范圍內(nèi)，通常應(yīng)按裝機(jī)容量的609配置無功補(bǔ)償裝置。為了檢測無功電流并進(jìn)行補(bǔ)償，闡述了一種基于瞬時(shí)無功功率理論的無功電流檢測方法，并可以和諧波電流的檢測相結(jié)合，將兩者的檢測值相加后作為補(bǔ)償電流參考值，同時(shí)完成對無功補(bǔ)償和諧波抑制兩項(xiàng)功能。

（六）孤島效應(yīng)

當(dāng)系統(tǒng)供電因事故、故障或者停電維修而停止時(shí)，各用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有可能與周圍的負(fù)荷構(gòu)成一個(gè)電力公司沒辦法掌握的自供給供電孤島，這給檢測人員帶來危險(xiǎn)，即所謂的孤島效應(yīng)。孤島效應(yīng)會對整個(gè)電網(wǎng)造成許多危害，為了防止孤島危害的出現(xiàn)，防孤島保護(hù)必不可少，主動式和被動式保護(hù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此光伏系統(tǒng)里應(yīng)設(shè)置至少各一種防孤島效應(yīng)保護(hù)，當(dāng)電網(wǎng)失壓時(shí)，要求防孤島效應(yīng)保護(hù)應(yīng)在2s內(nèi)動作，斷開與電網(wǎng)的連接。

因此，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模地接入配電網(wǎng)后，將大大削弱常規(guī)電源對整個(gè)配電網(wǎng)的控制能力，為整個(gè)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來巨大的隱患和新的安全問題。

二、提升以及解決對策

（一）構(gòu)建光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證環(huán)境

1.為了能夠更好的加強(qiáng)對于光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究以及控制，需要認(rèn)真分析了實(shí)際的光伏發(fā)電系統(tǒng)，基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的自身的特性，從而建立好光伏發(fā)電系統(tǒng)的相應(yīng)的動態(tài)和靜態(tài)的模型，并與實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制器的靜態(tài)特性和動態(tài)性進(jìn)行比較。

2.光伏發(fā)電系統(tǒng)對大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)建模研究的基礎(chǔ)上，需要科學(xué)合理建立比較合適的光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的典型案例，包括典型光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)典型運(yùn)行方式、典型并網(wǎng)方式、典型故障場景、典型控制措施等。

（二）深入研究光伏發(fā)電系統(tǒng)及微網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)理

當(dāng)大量光伏發(fā)電以微網(wǎng)形式接入大電網(wǎng)后，微網(wǎng)與大電網(wǎng)間的相互作用將十分復(fù)雜，對大電網(wǎng)的運(yùn)行特性產(chǎn)生重要影響，而對于這種影響的分析則需要以全新方法為基礎(chǔ)。配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定問題完全是由于微網(wǎng)的存在而提出的，其分析方法可能與高壓電力系統(tǒng)截然不同。研究目的是要揭示出微網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用的本質(zhì)，發(fā)展相關(guān)理論和方法，為含微網(wǎng)配電系統(tǒng)的穩(wěn)定分析與控制奠定理論基礎(chǔ)。

（三）健全光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

研究并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)和控制特性及承受大電網(wǎng)擾動能力的技術(shù)要求與標(biāo)準(zhǔn)，研究光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的規(guī)模、接入電壓等級、無功配置和電能質(zhì)量等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，研究大電網(wǎng)接納光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具備的條件等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。健全光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，將有利于引導(dǎo)與規(guī)范光伏發(fā)電等新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)有序接入大電網(wǎng)，確保這些新型發(fā)電系統(tǒng)及其控制設(shè)備不會對大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成危害。

三、光伏發(fā)電施工的注意事項(xiàng)

（一）建設(shè)場地的清理、平整

平整的場地利于施工，支架的安裝要求地勢盡量平緩、坡度一致，如果地勢較短距離內(nèi)起伏較大，或有垂直落差，嚴(yán)重影響支架的安裝質(zhì)量，甚至支架無法安裝，因此對于山地光伏建設(shè)，平整場地是支架安裝質(zhì)量控制的關(guān)鍵和前提。

（二）方陣及逆變器室設(shè)計(jì)優(yōu)化

布置在較平坦的場地，為節(jié)省電纜量，逆變室布置應(yīng)盡量在方陣的中央，且布置在道路旁，因此逆變室布置要與道

路布置綜合考慮。逆變室與箱變的位置距離多少合適，一般距離1m 左右可省電纜，但逆變室于箱變基礎(chǔ)之間必須采用電纜溝連接，造成逆變室內(nèi)防水效果不好，建議采用較遠(yuǎn)的距離如2～3m。

（三）支架安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)

施工時(shí)，一般在安裝斜梁時(shí)用拉線來找平。相鄰支架的高差，在實(shí)際施工時(shí)，若相鄰支架在同一個(gè)平面，通過拉線容易解決，若不在同一個(gè)平面，則較難控制，一般在支架安裝好橫梁后通過調(diào)整來解決，也可以在安裝斜梁時(shí)，先裝上部分檁條，再調(diào)整立柱高度來解決。

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