分析光伏并網(wǎng)發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

王眾毅?汪金卡

摘 要：本文對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡單闡述，并在此基礎(chǔ)上分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)后對電力系統(tǒng)的有功頻率特性、無功電壓特性等方面的影響。

關(guān)鍵詞：光伏；并網(wǎng)；電力系統(tǒng)；影響分析

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及傳統(tǒng)能源形勢的日益緊張，加之水力資源的可控性較差、我國的電力需求逐步擴(kuò)大，利用光能發(fā)電已經(jīng)成為主要的研究方向之一。將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)，大大擴(kuò)展了光伏發(fā)電的使用范圍、提高了靈活性。但因光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力能源采用了特殊的方式并入公共電網(wǎng)，在并入電網(wǎng)過程中會產(chǎn)生一系列的問題，需要深入研究。下面圍繞光伏發(fā)電對整體電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行簡要分析。

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)指的是依據(jù)光伏電池在光生伏特效應(yīng)的推動下，形成的矩陣型電流，從而接入到并網(wǎng)逆變器以及變壓器，形成穩(wěn)定電壓水平下的電流，中間無需通過蓄電池的儲能環(huán)節(jié)，而是直接將電力資源運(yùn)輸?shù)焦搽娋W(wǎng)之中。 這種步驟形成出來的便是光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，其優(yōu)點是使得電力經(jīng)過的中間過程較少，造成電力資源的損耗程度最低，保障了能量消耗的最低值，并且形成發(fā)電系統(tǒng)的硬件工具占地空間較小，就算是大規(guī)模的光伏發(fā)電也不需要非常浩大的場地。但光伏發(fā)電并入大電網(wǎng)后，往往因光伏部分的逆變器離散動作和發(fā)電間隙性的特點，在向電網(wǎng)輸送功率或被電網(wǎng)輸送功率時，都會造成整個電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的短時或長時變化，這些是光伏發(fā)電并網(wǎng)時需要研究和解決的問題。

二、光伏發(fā)電對系統(tǒng)特性的影響

1.對系統(tǒng)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(jìn)而對整個系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)波動，進(jìn)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(jì)調(diào)度等運(yùn)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(jìn)行維護(hù)。

2.對系統(tǒng)無功電壓特性的影響

對于光伏發(fā)電，往往需要在海拔高、日照時間長的戈壁、沙漠等地區(qū)建設(shè)發(fā)電設(shè)施，由于這些地區(qū)的人口數(shù)量少、對電力的需求較低，所以，負(fù)荷水平較低。光伏發(fā)電接入的地區(qū)不會存在過大的電網(wǎng)短路容量，大量的光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能都需要借助高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)輸送。在此過程中，出現(xiàn)的隨機(jī)波動的有功出力會對電網(wǎng)的無功平衡特性造成一定的影響，進(jìn)而使輸送線路沿線的母線電壓出現(xiàn)大幅度波動。此外，由于當(dāng)前并入電網(wǎng)的大規(guī)模的光伏電源自身的無功電壓支撐水平有限，進(jìn)而使電壓質(zhì)量出現(xiàn)越限甚至失穩(wěn)的風(fēng)險進(jìn)一步增大。

3.對功角穩(wěn)定性的影響

光伏發(fā)電的電源是靜止的元件，本身并不參與功角的震

蕩，也就不存在功角需要穩(wěn)定的問題。但是光伏發(fā)電接入到系統(tǒng)中后，系統(tǒng)的隨機(jī)波動性以及無轉(zhuǎn)動的慣性等性能均受到了影響，系統(tǒng)的等效慣量不得不變小，所以系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性能便發(fā)生了變化，其具體的變化方向與幅度取決于電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電網(wǎng)運(yùn)行方式、電源控制技術(shù)、光伏發(fā)電接入的位置以及接入的規(guī)模等因素，需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行具體的分析與計算。同時，在電力系統(tǒng)中接入大規(guī)模的光伏發(fā)電還可能造成脫網(wǎng)現(xiàn)象，尤其是在集中化、規(guī)?；?，脫網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的沖擊會變得更加強(qiáng)烈。

功角失穩(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(yùn)行的特點，加上并網(wǎng)的逆變器與常規(guī)機(jī)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(jìn)而改變系統(tǒng)原有的機(jī)電震蕩的模式，帶來新頻段范圍內(nèi)的振蕩。

4.光伏并網(wǎng)發(fā)電對小擾動穩(wěn)定性的影響

就大規(guī)模光伏發(fā)電的入網(wǎng)過程來說，由于在這個過程中沒有機(jī)械和電磁量失衡的動力問題，但從另一方面講，卻存在著小擾動穩(wěn)定性的現(xiàn)象，從而不利于實現(xiàn)系統(tǒng)的功能。據(jù)分析可得，系統(tǒng)的功率會受到光伏發(fā)電的影響，因此，電力系統(tǒng)的運(yùn)行出現(xiàn)了不穩(wěn)定的問題，且這些現(xiàn)象發(fā)生于電力系統(tǒng)中的最大功率出，這主要是由于系統(tǒng)的直流側(cè)電吸收了不平衡的規(guī)律，最終減小了電容的儲存能力。

5.對電能質(zhì)量造成的影響

光伏發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)運(yùn)行后，對原先電網(wǎng)系統(tǒng)中的單電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)充，且不同數(shù)量和規(guī)模的光伏發(fā)電機(jī)組的接入使電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變化，進(jìn)而使電網(wǎng)的潮流分布難以得到有效控制，降低了配網(wǎng)的電壓質(zhì)量，加之電網(wǎng)中用戶端電子器件的數(shù)量不斷增長，對電力系統(tǒng)也造成了一定的負(fù)擔(dān)和污染。

三、結(jié)語

綜上所述，光伏發(fā)電是一種清潔的發(fā)電方式，從某種程度上講，能夠緩解我國日益緊張的能源問題，從而促進(jìn)供電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。為了更好地促進(jìn)大規(guī)模光伏發(fā)電機(jī)組的有效運(yùn)行和生產(chǎn)，從而廣泛服務(wù)于大眾，應(yīng)對光伏大規(guī)模光伏發(fā)電機(jī)組進(jìn)行研究，對于其接入配網(wǎng)系統(tǒng)的行為進(jìn)行研究，對其接入后可能對原先單一電源的電網(wǎng)造成的影響進(jìn)行研究，消除一切制約光伏發(fā)電入網(wǎng)的問題，進(jìn)而不斷提高我國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)電力事業(yè)的穩(wěn)步前進(jìn)。

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