分析與探索大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

蔡潤溟

摘要：隨著能源的不斷開發(fā)與利用，未來太陽能光伏發(fā)電有望得到大量應(yīng)用并在能源結(jié)構(gòu)中占有重要地位，光伏發(fā)電作為一種清潔能源，為電力事業(yè)的發(fā)展提供了新方向，但是大規(guī)模的使用會對電力系統(tǒng)造成什么樣的影響與沖擊仍是各界人士擔(dān)心與懷疑的問題。探討了大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響， 最后提出了發(fā)展我國大規(guī)模光伏發(fā)電及其電力系統(tǒng)的步驟和建議。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模 光伏發(fā)電 電力系統(tǒng) 影響

一、 大規(guī)模光伏發(fā)電的現(xiàn)狀

光伏發(fā)電是一種將光能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)，它的產(chǎn)生原理是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)原理。光伏發(fā)電由太陽能電池組件、控制器和逆變器組成。 太陽能是一種分布廣泛的可再生資源。在我國太陽能資源的分布很廣，尤其是我國的西北地區(qū)。伴隨著光伏組件的成本越來越低和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能成為電力系統(tǒng)中越來越重要的一部分。大規(guī)模的光伏發(fā)電是今后不可限量的可再生資源。

我國光伏發(fā)電還存在很多不足。首先，對于光伏發(fā)電的原材料需要國外進口，而制作太陽能電池卻用于出口。因此，光伏發(fā)電的成本很高。其次，由于國外市場限制進口太陽能電池，影響到我國的伏電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟利益，不利于伏電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，再加上國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的不斷增加更影響其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。第三，對偏遠地區(qū)的獨立光伏電站的維護沒有得到及時地處理，成為光伏發(fā)電的效能得不到發(fā)揮。最后，雖然有《可再生能源法》的保障，但是其實施的效果卻不明顯，有待提高。

二、 大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

1、大規(guī)模光伏發(fā)電對有功頻率特性的影響

光伏發(fā)電具有的特性包括外出力的速記波動性、靜止的電源、環(huán)路器并網(wǎng)過程中的無轉(zhuǎn)動慣性、低電壓穿越期間的不同特征以及脫網(wǎng)現(xiàn)象比較頻繁等， 這些特性的存在使得大規(guī)模光伏發(fā)電的介入會使得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特性發(fā)生變化， 進而對整個系統(tǒng)的運行與規(guī)劃帶來根本性的影響。光伏發(fā)電的過程會產(chǎn)生大幅度的頻繁的隨機波動，進而對系統(tǒng)的平衡造成沖擊，影響系統(tǒng)的一次以及二次調(diào)頻，對系統(tǒng)的有功經(jīng)濟調(diào)度等運行特性都有著根本性的影響與作用； 同時系統(tǒng)備用的優(yōu)化策略也會因為大規(guī)模光伏發(fā)電的接入而不得不做出適時的調(diào)整與變化；此外，因為電源是靜止的元件，所以隨著接入的光伏發(fā)電的規(guī)模的增大，電源的不足之處便逐漸明顯，需要不斷更換電源以適應(yīng)光伏發(fā)電的需要， 甚至?xí)驗楣夥l(fā)電的功率過大而使得系統(tǒng)崩潰，需要對系統(tǒng)不斷進行維護。

2、對無功電壓的影響

大規(guī)模光伏發(fā)電主要在沙漠地區(qū)，這樣的地區(qū)負荷水平偏低，電網(wǎng)的短路容量小，大規(guī)模光伏發(fā)電要通過高壓輸電網(wǎng)進行長距離送到，其波動的有功頻率穿過附近區(qū)域電網(wǎng)和輸電通道，對電網(wǎng)無功電壓有影響，對途徑的主線電壓會產(chǎn)生影響。而且，光伏電源無功電壓的控制能力不高，產(chǎn)生電壓質(zhì)量和穩(wěn)定性的危險。大規(guī)模光伏進去既定的電網(wǎng)，改變了電網(wǎng)的原本構(gòu)架，單一電源演變成兩個甚至兩個以上的電源模式，使整個電網(wǎng)的控制增加了難度。

3、對功角穩(wěn)定性的影響

攻角失穩(wěn)的主要表現(xiàn)便是振蕩型的失穩(wěn)。 因為波動的光伏出力改變了系統(tǒng)運行的特點， 加上并網(wǎng)的逆變器與常規(guī)機具有不同的控制策略，所以系統(tǒng)的阻尼會在外界的影響下發(fā)生變化，進而改變系統(tǒng)原有的機電震蕩的模式， 帶來新頻段范圍內(nèi)的振蕩。 但是具體的光伏發(fā)電的接入會為系統(tǒng)帶來怎樣的影響，需要根據(jù)實際情況進行具體的分析。

4、對小擾動穩(wěn)定性的影響

光伏電池雖然沒有動力學(xué)穩(wěn)定問題，卻有電氣運行不穩(wěn)定問題，因此大規(guī)模光伏進入對電網(wǎng)的穩(wěn)定性有影響。小擾動分析法可以分析出電網(wǎng)運行的不穩(wěn)定性部分，其不穩(wěn)定部分多出現(xiàn)在與最大功率接近的地方。不穩(wěn)定功率的發(fā)生使直流側(cè)電壓升高，影響電源的穩(wěn)定運行。

5、大規(guī)模光伏發(fā)電對電能質(zhì)量的影響

伴隨著大規(guī)模光伏的進入，電子的應(yīng)用系統(tǒng)加入了大量非線性負載，造成電力系統(tǒng)污染，使電能質(zhì)量受到影響。在太陽光劇烈變化和輸出功率低下的狀況下，會產(chǎn)生很大的諧波，也會產(chǎn)生電流諧波疊加等問題。

三、決策意見

建議從現(xiàn)在起就大力研究解決未來光伏發(fā)電大規(guī)模應(yīng)用的經(jīng)濟。技術(shù)上的瓶頸， 以便大幅度降低造價和每度電成本并解決遠距離。大容量電力外送及大規(guī)模電能儲存等難題。在研究的基礎(chǔ)上建設(shè)大規(guī)模的光伏發(fā)電示范電站，并將光電送往負荷中心。鑒于大規(guī)模光伏發(fā)電所占面積較大。且需要盡可能長的日照、大規(guī)模光伏發(fā)電站群可考慮優(yōu)先布置在我國沙漠及沙漠化土地地區(qū)。內(nèi)蒙古地區(qū)的戈壁灘可作為大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電基地的首選地點。在內(nèi)蒙古地區(qū)的戈壁灘開發(fā)大規(guī)模太陽能光伏發(fā)電的潛力巨大，在2000km2的戈壁灘面積上可布置100GW 的光電裝機。消納其電力的方式有二。 其一為電力外送，主送方向為西北、 華北、 華中和華東地區(qū)的聯(lián)合運行電網(wǎng)。上述地區(qū)承受內(nèi)蒙古太陽能光伏發(fā)電的大規(guī)模電力外送能力大致為300GW。如考慮地區(qū)水電站水庫。抽水蓄能等儲能手段、并考慮該地區(qū)與其它地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)、可將部分電力轉(zhuǎn)送、則接受光電能力還可增加。其二為就地消納光伏發(fā)電的電力和電量、如采取就地建設(shè)高耗能工業(yè)或用于電解制氫并經(jīng)壓縮后轉(zhuǎn)運等。

目前為止，已經(jīng)研制成功的平臺包括 PSD-BPA以及 PSASP 兩大類，這兩類平臺集成了光伏發(fā)電的動態(tài)以及穩(wěn)態(tài)模型，初步形成了大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)的仿真手段，并且一些商業(yè)性質(zhì)較強的平臺軟件已經(jīng)具有了靈活的自定義的功能模塊，這些平臺研發(fā)為發(fā)電站的建模研究提供了基礎(chǔ)。

結(jié)語

光伏發(fā)電具有清潔無污染的特性，是比較理想的清潔能源之一，隨著人類資源的不斷開發(fā)，資源出現(xiàn)匱乏的狀態(tài)，以太陽能為主要形式的大規(guī)模光伏發(fā)電的應(yīng)用，對電力系統(tǒng)有許多方面的影響，大規(guī)模光伏發(fā)電的發(fā)展前景也是可觀的。研究和探討極大規(guī)模光伏發(fā)電在我國應(yīng)用的可行性是很有必要的。

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