試論光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響

常州天合光伏發(fā)電系統(tǒng)有限公司 213000

摘要：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，可將所發(fā)電能直接饋入電網(wǎng)，以電網(wǎng)為儲(chǔ)能裝置，省掉蓄電池，從而大大降低投資成本，并且對(duì)公共電網(wǎng)能起到調(diào)峰作用，有利于改善電力系統(tǒng)的負(fù)荷平衡，從而促進(jìn)了光伏發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展，但同時(shí)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也帶來(lái)了一定影響。本文結(jié)合實(shí)際，分析當(dāng)前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，總結(jié)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響，并對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望，為相關(guān)人員提供理論參考。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；電網(wǎng)；影響

隨著全球氣候變暖及空氣污染狀況越來(lái)越受人們關(guān)注，傳統(tǒng)的火力發(fā)電也面臨著資源枯竭和環(huán)境污染，采用可再生清潔能源發(fā)電也成為當(dāng)前國(guó)際社會(huì)的共識(shí)。近年來(lái)，隨著光伏組件發(fā)電效率的不斷提升，光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)也逐漸凸顯出來(lái)，光伏發(fā)電在全球諸多國(guó)家中均受到了重視。我國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始進(jìn)行光伏發(fā)電，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，光伏發(fā)電已取得了一定的成就。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)屬于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一種，是指由光伏方陣、控制器、并網(wǎng)逆變器組成，將光伏組件發(fā)出的直流電經(jīng)過(guò)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電后，直接并入公共電網(wǎng)的一種發(fā)電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可將所發(fā)電能直接饋入電網(wǎng)，但其發(fā)電過(guò)程穩(wěn)定性較差，并對(duì)電網(wǎng)也會(huì)產(chǎn)生一定影響。以下對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行具體闡述。

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式主要根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)容量狀況進(jìn)行選擇，包括380V、10kV、35kV及以上等。以我司實(shí)際建成的光伏發(fā)電站為例，山東臨朐鋁業(yè)15MW屋頂選擇了380V電壓并網(wǎng)，而在江蘇常州普利斯通2MW光伏發(fā)電站則選擇了10kV電壓并網(wǎng)。筆者通過(guò)分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，總結(jié)出光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要具備以下特點(diǎn)：第一，光伏并網(wǎng)中逆變器主要采取電壓源電流控制方法，以控制輸出電流來(lái)跟蹤電壓，第二，并網(wǎng)逆變器以最大功率跟蹤點(diǎn)MPPT來(lái)提高太陽(yáng)能利用率，但不具備調(diào)節(jié)能力。第三，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)受天氣影響較大，某系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果顯示，其發(fā)電功率最大變化率可達(dá)到14%P/s。第四，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在出現(xiàn)大容量并網(wǎng)時(shí)，常使用常規(guī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)償，從而增加了發(fā)電成本。第五，逆變器輸出輕載會(huì)增加諧波，影響電網(wǎng)。第六，逆變器具備抗孤島保護(hù)能力，但其與負(fù)荷變化狀況存在緊密關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致抗孤島檢測(cè)效果差，甚至?xí)霈F(xiàn)失敗狀況。

因此，當(dāng)前光伏并網(wǎng)技術(shù)仍存在一定缺陷，且當(dāng)前光伏發(fā)電正向大容量方向發(fā)展，當(dāng)前逆變器的保護(hù)功能無(wú)法滿足需求，難以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響

（一）光伏并網(wǎng)發(fā)電與負(fù)荷特性

光伏發(fā)電受環(huán)境影響較大，其發(fā)電功率會(huì)隨著光照增強(qiáng)而增大，一般狀況下，晴天光照時(shí)，其功率峰值一般處于日照最強(qiáng)點(diǎn)，約為10-14點(diǎn)[1]。而當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電向大容量發(fā)展后，其負(fù)荷曲線也將發(fā)生變化。如在某光伏發(fā)電園區(qū)，其負(fù)荷峰值出現(xiàn)在9點(diǎn)左右，而在10-14點(diǎn)之間，等效負(fù)荷呈現(xiàn)為變小狀況。

（二）光伏并網(wǎng)發(fā)電與電網(wǎng)規(guī)劃

隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電的大容量發(fā)展，其負(fù)載及反送功率也會(huì)呈現(xiàn)出一定的變化，進(jìn)而使得原有的電網(wǎng)難以滿足需求，需根據(jù)實(shí)際狀況重新規(guī)劃，重現(xiàn)調(diào)度電網(wǎng)的運(yùn)行方式，在一定程度上增加了相關(guān)人員的日常工作量，也增加了資金投入。

（三）光伏并網(wǎng)發(fā)電與調(diào)度

當(dāng)前光伏發(fā)電還不成熟，自動(dòng)化功能還不完善，進(jìn)而使得其調(diào)度狀況難以隨著電網(wǎng)電壓、頻率等變化而變化。在原有的調(diào)度下，電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的變化，將直接導(dǎo)致電網(wǎng)可調(diào)度發(fā)電容量減少，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)控制及調(diào)度工作越來(lái)越難[2]。

（四）光伏并網(wǎng)發(fā)電與電壓

光伏并網(wǎng)發(fā)電向大容量方向發(fā)展，光伏發(fā)電在電網(wǎng)的饋線末端及終端接入狀況越來(lái)越多，而電網(wǎng)中存在反向潮流，進(jìn)而使得光伏并網(wǎng)發(fā)電的電流在電網(wǎng)中將受饋線影響，產(chǎn)生壓降狀況，使得變電站側(cè)的電壓降低，而負(fù)荷側(cè)電壓與變電站側(cè)電壓處于不等狀態(tài)，進(jìn)而使得負(fù)荷側(cè)電壓出現(xiàn)越限[3]。此外，根據(jù)電壓與電流的關(guān)系，當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電中電流出現(xiàn)變化時(shí)，電流勢(shì)必會(huì)隨之發(fā)生一定變化，而光伏并網(wǎng)發(fā)電的發(fā)電功率與光照狀況存在緊密關(guān)聯(lián)，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)更大，可能會(huì)引起電網(wǎng)中相關(guān)無(wú)功調(diào)節(jié)裝置出現(xiàn)頻繁動(dòng)作，影響相關(guān)調(diào)節(jié)裝置使用壽命，影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。

（五）光伏并網(wǎng)發(fā)電與與電網(wǎng)保護(hù)

當(dāng)前我國(guó)中低壓電網(wǎng)主要分為兩種：輻射型供電網(wǎng)絡(luò)和不接地單側(cè)電源[4]。當(dāng)前變電站的保護(hù)原理主要包括三種：主饋線上的自動(dòng)重合閘裝置、支路中的熔斷器及斷路器上的三段式電流保護(hù)裝置。而當(dāng)前光伏并網(wǎng)發(fā)電向大容量發(fā)展，使得電網(wǎng)不再是單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，而轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端甚至多端網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而引起故障電流相關(guān)方向、持續(xù)時(shí)間、電流大小等均發(fā)生變化，上述變化可能會(huì)導(dǎo)致斷路器出現(xiàn)拒動(dòng)、誤動(dòng)狀況，從而導(dǎo)致熔斷器失去原有選擇性和保護(hù)性能，電網(wǎng)安全運(yùn)行難以保障[5]。此外，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)自身故障及其抗孤島保護(hù)功能、自動(dòng)重合閘也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)變化。

（六）光伏并網(wǎng)發(fā)電與分布式發(fā)電單元

少量分布式發(fā)電單元對(duì)電網(wǎng)影響不大，而當(dāng)分布式發(fā)電單元達(dá)到一定限度時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中電壓閃變、諧波、網(wǎng)損、有功無(wú)功潮流、元件電負(fù)荷等相關(guān)特性均會(huì)出現(xiàn)變化，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量、穩(wěn)定性、安全性均受到影響[6]。

三、光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展方向

光伏并網(wǎng)發(fā)電大容量是未來(lái)發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)，而當(dāng)前電力系統(tǒng)難以滿足發(fā)展需求，還需不斷提升電力技術(shù)，促進(jìn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在電力儲(chǔ)能技術(shù)是當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展中的必備技術(shù)，也是保證電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有功和頻率調(diào)節(jié)的重要依靠，也是抑制電網(wǎng)中功率波動(dòng)、抑制電網(wǎng)系統(tǒng)故障電流及平衡負(fù)荷、促進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要保障[7]。

諧波是影響電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要因素，因此加強(qiáng)對(duì)諧波抑制的研究存在極大的實(shí)際意義。根據(jù)當(dāng)前并網(wǎng)逆變器的相關(guān)性能，進(jìn)行諧波抑制的主要方法包括兩種：第一，采取群控技術(shù)，即將逆變器并聯(lián)，促進(jìn)逆變器高效工作，并促進(jìn)逆變器之間協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而提高逆變器發(fā)電功率，減少諧波。第二，通過(guò)補(bǔ)償，在逆變器中集成濾波器，從而抵消諧波[8]。此外，研制出新型的并網(wǎng)逆變器也是解決當(dāng)前電網(wǎng)問(wèn)題的重要方法。

結(jié)束語(yǔ)

光伏并網(wǎng)發(fā)電是當(dāng)前發(fā)電的主要發(fā)展趨勢(shì)，環(huán)保、資源可再生性等相關(guān)特點(diǎn)使得其具備良好的運(yùn)用前景。但傳統(tǒng)電網(wǎng)難以滿足光伏并網(wǎng)發(fā)電的需求。因此，加大光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響研究，積極研究出符合并網(wǎng)發(fā)電的相關(guān)技術(shù)及處理方法，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，最大限度發(fā)揮光伏發(fā)電的效果，具有重大研究?jī)r(jià)值。

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