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

駱鵬飛

身份證號碼：320723198704281650 江蘇省南京市 210000

摘要：本文闡述光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作原理和技術特點，分析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)中產(chǎn)生的影響，并結合電壓、諧波、頻率對電能質量所產(chǎn)生的變化，提出針對配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的保護措施，以達到促進我國電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展的目的。

關鍵詞：光伏；并網(wǎng)；發(fā)電系統(tǒng)；配電網(wǎng)；影響

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對能源的需求不斷增大，面臨不合理的能源機構的問題，人們逐漸重視對可再生新型能源的開發(fā)及利用。當前光伏發(fā)電作為一種新型發(fā)電技術，具有可再生、無污染、成本低的優(yōu)勢，在國內外得到廣泛的應用。據(jù)國家電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截至2008年底，我國光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機量已突破140MW的大關，與此同時，下面對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)中給配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響進行分析。

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理及技術特點

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括集中式和分布式發(fā)電系統(tǒng)（其中集中式發(fā)電系統(tǒng)可將電能直接接入電網(wǎng)中使用，分布式則分布較廣，裝卸方便。將兩種發(fā)電系統(tǒng)結合利用，能夠最大程度上降低發(fā)電成本。利用電網(wǎng)系統(tǒng)將分布式光伏并網(wǎng)生產(chǎn)的電能進行儲存，若用戶需要用電，則可向公共電網(wǎng)購買，極大的提高了電能的使用效率。

（一）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作原理

光伏發(fā)電的工作原理為：利用半導體產(chǎn)生的光生伏打效應，將太陽能直接轉化為電能投入使用，通過逆變器將光伏電池陣列中的電流從直流轉化為交流的形式，以便于在配電網(wǎng)系統(tǒng)運行。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成部分包括太陽能電池板、控制器、儲電器、逆變器等（如圖1、2所示。）

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)結構示意圖

圖2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的等值簡易電路示意圖

（注：圖2中代號意義：Ip——光電流，ipv——光伏陣列輸出電流，Cpv——光伏陣列出口側濾波電容，Upv——濾波電容器直流電壓，LAC——逆變器交流側濾波電感，RAC——濾波電感等值電阻，CAC——逆變器交流側濾波電容器端電壓，iAC——逆變器交流側輸出電流，uAC——濾波電容器端電壓，N——變壓器變比值，Ls——從變壓器到并網(wǎng)節(jié)點的等值電感，Rs——變壓器到并網(wǎng)節(jié)點的電阻，is——流經(jīng)光伏電站并網(wǎng)節(jié)點電流，us——并網(wǎng)點主干線路電壓，Us——幅值，——相位角。）

（二）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技術特點

1.隨機波動性

隨機性和波動性是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主要特點，受光照和天氣影響較大，電能輸出功率會隨光照和溫度的變化而產(chǎn)生波動。如圖3所示，從某市光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出功率圖中可以看出，日照和溫度與功率呈正相關。

圖3 該市光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率變化圖

2.電壓源電流控制式逆變器

目前大部分光伏并網(wǎng)逆變器以電壓源電流進行控制，實現(xiàn)對電壓值的檢測，保證并網(wǎng)能順利運行，其輸出功率與純有功功率差異性不大，功率因素在0.8～1左右。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)的影響綜述

（一）光伏并網(wǎng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電能質量問題

盡管光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能大部分皆為有功電能，但光伏并網(wǎng)系統(tǒng)所負載的無功電流會對電能質量造成不利影響，因此，可以在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一側安裝無功補償設備，以達到提高輸出電能穩(wěn)定性的目的。此外，由于溫差變化及太陽輻射的變化，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有較強的隨機流動性，使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率存在一定的間歇性和階段性，因此，若想提高系統(tǒng)輸出功效和電能質量，必須要提高發(fā)電設備的有效使用率。例如可在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中安裝光伏并網(wǎng)逆變器，利用ip-iq電流進行檢測，充分利用逆變器的優(yōu)勢，達到提高電能質量的目標。

（二）孤島效應問題

孤島效應原理指的是，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)后，當配電網(wǎng)發(fā)生短路電流故障情況，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍然保持電源的輸送狀態(tài)，從而導致自給型供電孤島的產(chǎn)生。孤島效應對配電網(wǎng)系統(tǒng)及用戶用電系統(tǒng)具有極大的損害，不僅會使配電網(wǎng)產(chǎn)生負載，危及用戶的安全，還對配電網(wǎng)造成強烈的電流沖擊，使得電力系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)，損害用電設備。因此要重視配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)中孤島效應的監(jiān)測工作，采取主動式或被動式的方式對發(fā)電系統(tǒng)進行檢測，促發(fā)電路保護配置，在發(fā)現(xiàn)孤島效應時及時解決。

（三）穩(wěn)定性問題

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)后會使配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，主要表現(xiàn)在：第一，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有強烈的隨機波動性，易受到環(huán)境溫度及太陽能照射強度變化的影響；第二，光伏發(fā)電站的位置、容量及其接入方式都會對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來一定影響；第三，當前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，其發(fā)電容量站供電總量的比重越來越大，極可能會導致供電系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此供電部門需要采取合理措施，提升配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。例如光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)時，采用PSS/E分析輸電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，通過電池儲能、轉移負荷等方式來保證發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（四）配電網(wǎng)電壓及保護問題

隨著我國光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)裝機量不斷增長，接入配電網(wǎng)的規(guī)模逐漸擴大，在提高電能輸出的同時會對配電網(wǎng)中電壓及配電保護造成負面影響，當光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)后，可能產(chǎn)生潮流反饋，若有電流流經(jīng)潮流反饋線路時，電路阻抗值會產(chǎn)生一定程度的降低，此時變電站電壓值低于負荷電壓值，使負荷一側側電壓值過大，從而引起電壓失衡的情況。在集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)系統(tǒng)時，通常接入10kV電壓等級配電網(wǎng)數(shù)顯系統(tǒng)，如果線路發(fā)生短路，則會導致光伏電源與短路電流相互沖擊，對電壓和輸出電能均會造成影響。隨著我國供電輸電技術的迅猛發(fā)展，配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)結構產(chǎn)生了變化，人們對配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)繼電保護提出了更高的要求。

結束語

光伏發(fā)電發(fā)展前景巨大，且具有低成本、可再生、無污染等優(yōu)點，但在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時會導致電壓不穩(wěn)、電能質量下降等弊端，并會產(chǎn)生孤島效應等問題，不利于電力企業(yè)效益增長。本文分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)時，對配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)造成的影響，分析光伏并網(wǎng)發(fā)電的優(yōu)勢和不足之處，提出了簡要的解決策略，以達到提升光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和配電網(wǎng)正常運行穩(wěn)定性的目的，促進我國電力行業(yè)的健康發(fā)展。

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