光伏電源對電網(wǎng)的影響與分析

王笑笑（桐廬縣供電公司，浙江省杭州市桐廬縣311500）

光伏電源對電網(wǎng)的影響與分析

王笑笑（桐廬縣供電公司，浙江省杭州市桐廬縣311500）

在所有的分布式的發(fā)電技術(shù)中，發(fā)展的最快的當(dāng)屬光伏電源，光伏電源是憑借逆變器來進(jìn)行接入，使光伏電源接入到電網(wǎng)當(dāng)中，具有不確定性。光伏電源與普遍的發(fā)電站有所區(qū)別，所以不能的單純的憑借發(fā)電站的性質(zhì)，來確定光伏電源對電網(wǎng)的影響，要對影響進(jìn)行深入的分析。本文主要就是研究光伏電源對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，為之后行內(nèi)人士在該領(lǐng)域的深入的研究，提供一定的幫助和參考。

光伏電源；光伏發(fā)電；太陽能；電網(wǎng)

隨著我國近年來在光伏行業(yè)中的迅速發(fā)展，我國漸漸在電力供應(yīng)的領(lǐng)域處于領(lǐng)先的地位。與此同時，越來越多的光伏電源接入到了電網(wǎng)中，這種現(xiàn)象改變了傳統(tǒng)的配電方式。因此，光伏電源對電網(wǎng)影響的研究是必不可少。通過對光伏電源接入到電網(wǎng)中所涉及的一系列影響進(jìn)行深入的研究，可以更好的充分利用新型的技術(shù)和戰(zhàn)略，積極發(fā)揮光伏電源的作用，同時也最大程度上避免光伏電源所帶來的不利條件和影響。

其中，光伏電源與電網(wǎng)相連接后，對于電網(wǎng)所產(chǎn)生的影響主要包括以下幾點(diǎn)：①引起電壓的變化起伏；②接入點(diǎn)的電壓上升；③直流的側(cè)接地故障；④注入電流諧波和直流分量；⑤不正常孤島等。

1 光伏電源發(fā)電概述

所謂的光伏發(fā)電，是指在半導(dǎo)體界面所固有的光電效應(yīng)原理為技術(shù)支持的條件下，直接將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由三大部分組成：太陽電池板、控制器以及逆變器。光伏發(fā)電系統(tǒng)的部件幾乎都是電子元件，多個太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后，與功率控制器等部件相結(jié)合，就形成了能夠進(jìn)行光伏發(fā)電的裝置。

通常情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)包含離網(wǎng)光伏系統(tǒng)以及并網(wǎng)光伏系統(tǒng)兩大部分。

1.1 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，適用于沒有并網(wǎng)或并網(wǎng)電力不穩(wěn)定的地區(qū)以及偏遠(yuǎn)地區(qū)，是能夠獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)。所產(chǎn)生的直流電源，可以在白天直接儲存于蓄電池組中，然后用于夜間或多云或下雨的情況下，并能直接提供電力，離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成如圖1。

圖1 離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

1.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，是指能夠與電網(wǎng)直接相連，并通過太陽能組件所產(chǎn)生的直流電。經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電，直接向電網(wǎng)提供電力的電源。并網(wǎng)光伏電源如圖2。

圖2 并網(wǎng)光伏電源系統(tǒng)

2 調(diào)研方法

調(diào)研方法多種多樣，大體分為問卷調(diào)查，抽樣調(diào)查，實(shí)驗(yàn)調(diào)查法等等。對于調(diào)查光伏電源對電網(wǎng)的影響，建議采用實(shí)驗(yàn)調(diào)查法的形式。所謂的實(shí)驗(yàn)調(diào)查法，就是要求實(shí)驗(yàn)者事先假定一個實(shí)驗(yàn)的假設(shè)，在該假設(shè)的前提下，對于此現(xiàn)象進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過不斷的改變實(shí)驗(yàn)過程中的環(huán)境因素、以及不同的自變量的影響因素，從而得到最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對于初始假定的實(shí)驗(yàn)假設(shè)進(jìn)行接受或者否認(rèn)的判斷。

由于電力的特殊性，不能單純的用問卷調(diào)查等形式進(jìn)行調(diào)研研究，必須采用實(shí)驗(yàn)調(diào)查的方式進(jìn)行調(diào)研。因此，本文中對于光伏電源對于電網(wǎng)的影響的調(diào)查，全部是基于實(shí)驗(yàn)調(diào)查的調(diào)查方法之上，進(jìn)行的分析研究。

3 調(diào)研結(jié)果及其分析

3.1 對電壓影響

對于集中來供電的電網(wǎng)來說，電網(wǎng)一般所呈現(xiàn)的是輻射的狀態(tài)。在不出現(xiàn)任何意外的運(yùn)行的狀況下，電壓是按著饋線潮流的方向漸漸減少的。電網(wǎng)接入了光伏電源之后，因?yàn)轲伨€上傳輸功率變小等原因，造成了饋線上各節(jié)點(diǎn)的電壓升高，甚至嚴(yán)重的可能會導(dǎo)致一些節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷電壓超過標(biāo)準(zhǔn)預(yù)定的電壓值。一般情況下，可以憑借著在中低壓的電網(wǎng)中裝置設(shè)置變壓器，或者調(diào)節(jié)電壓器等此類設(shè)備的方法，控制電壓恢復(fù)到正常的范圍中。對于電網(wǎng)中的調(diào)整合適的電壓，預(yù)定好光伏電源的運(yùn)行的形式極其關(guān)鍵。常常利用正午的太陽光，來提高接入點(diǎn)的電壓值，圖3為桐廬地區(qū)該地的光纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

太陽的入射角度的因素也即是光照的因素，當(dāng)外界環(huán)境的條件一定的時候，電網(wǎng)輸出的功率同負(fù)載的變化呈正比狀態(tài)。因此，光伏輸出的最大的功率受到太陽的照射幅度、熱量兩個方面的影響。以圖4～5為桐廬某市在夏季7、8月份時的太陽輻射，光照對應(yīng)的實(shí)際輸出功率。

3.2 光伏電源對電網(wǎng)的要求

光伏電源對于電網(wǎng)有著技術(shù)先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、安全可靠、合理投資、運(yùn)行高效五點(diǎn)要求和準(zhǔn)則。光伏電源接入電網(wǎng)，也要實(shí)現(xiàn)接入過程的規(guī)范化，同時在保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全的前提下，減少不必要的運(yùn)營建設(shè)成本；圖6為桐廬變電站的分布圖，通過合理的安排變電站的布局，滿足光伏電源對所接入電網(wǎng)的要求?？紤]光伏電源與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的匹配問題，事先光伏電源與電網(wǎng)的和諧統(tǒng)一，表1為桐廬光伏接入變電站的具體情況。

圖3 光纜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖4 7月份光照輸出功率

圖5 8月份光照輸出功率

圖6 桐廬變電站分布圖

表1

110kV洋州變需增加放電間隙及放電間隙流變，主變增設(shè)間隙零序電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)。洋州變一期上的10kV出線保護(hù)RCS-9611AII不帶方向，增加帶方向需更換為RCS-9611C，主變后備保護(hù)RCS-9681II型當(dāng)時未含間隙保護(hù)，需更換為RCS-9681C；二期上的10kV出線保護(hù)RCS-9611C帶方向，具備，主變后備保護(hù)RCS-9681C，含間隙保護(hù)，出口為4～6個。

分布式光伏電源對于電網(wǎng)的運(yùn)行和性能有影響，分布式光伏電源的并網(wǎng)接口一般有三個方式，即：同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、電力電子設(shè)備。要保證并網(wǎng)時電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行，保證電力供電的質(zhì)量可靠性，分布式光伏電源在并網(wǎng)時，要滿足以下兩點(diǎn)基本要求：①確保電網(wǎng)中的電壓合格，在可控制范圍的允許的條件下，電壓不能超過標(biāo)準(zhǔn)的電壓范圍；②保證配電設(shè)備正常，電流在合適的范圍內(nèi)。

3.3 對電網(wǎng)的影響

近年來，分布式的光伏電源更多的被采用接入到電網(wǎng)中，因而我國傳統(tǒng)的電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)以及電力的控制模式，將發(fā)生重大的變化。這種變化要求電網(wǎng)從設(shè)計、計劃、運(yùn)行、控制等各個方面，都要進(jìn)行升級換代，對于電力網(wǎng)絡(luò)來說，是個極大的挑戰(zhàn)，同時也是一個重大的機(jī)遇。

因而，光伏電壓接入到電網(wǎng)中時，會面臨兩個方面的壓力：①電力市場中解除管制的壓力；②如何保證供電質(zhì)量以及可靠性問題的壓力。

3.4 注入電流諧波

電流諧波對于電網(wǎng)和使用該網(wǎng)絡(luò)的用戶會產(chǎn)生很大的影響，而通常造成光伏電源逆變器的諧波的來源大體有兩個。一般情況下，諧波之間的相位差、電網(wǎng)的線路中的電阻、電纜中的負(fù)荷，都能夠消除部分的諧波。而當(dāng)光伏電源的逆變器產(chǎn)生正弦波時，就會對電網(wǎng)中的電壓波形的畸變，有一定的彌補(bǔ)作用，但能導(dǎo)致整個逆變器產(chǎn)生出更多的電流諧波。如果把光伏電源的逆變器接入到低電壓的電網(wǎng)上，該現(xiàn)象會出現(xiàn)的更加明顯。如果通過光伏電源逆變器來監(jiān)測電網(wǎng)的電壓生出標(biāo)準(zhǔn)的參考的基波的時候，正弦波的電流就能夠很好的被輸出，但同樣的，依然無法對電網(wǎng)的電壓的波形畸變進(jìn)行彌補(bǔ)。

4 總結(jié)

4.1 本課題調(diào)研方法的科學(xué)性、可靠性

實(shí)驗(yàn)調(diào)查法在開展實(shí)驗(yàn)前，會對整個實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計規(guī)劃，從而減少了實(shí)驗(yàn)以外的因素干擾。與此同時，在實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制了各種變量，保證了實(shí)驗(yàn)開展的合理性與有效性。該調(diào)研方法完全依照科學(xué)的方式進(jìn)行，保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效與科學(xué)，因此該調(diào)研方法是科學(xué)的。

該課題在進(jìn)行調(diào)研實(shí)驗(yàn)時，所有依據(jù)的資料都是一些按照合理科學(xué)的方式，經(jīng)過對桐廬各地的各個公司進(jìn)行實(shí)地調(diào)查所集成的信息，并經(jīng)由國家相關(guān)部門認(rèn)定審核，確定符合實(shí)際情況的。因此，根據(jù)這些調(diào)查報告進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得出的結(jié)果也必定是有效的、可靠的。

4.2 該課題調(diào)研成果的價值

面對各種各樣的可再生能源，世界各國將太陽能光伏發(fā)電作為著重發(fā)展的發(fā)電方式之一。本文進(jìn)行調(diào)研所得出的結(jié)果，不僅僅可以進(jìn)一步認(rèn)識光伏電源所具有的特性，還可以借助研究結(jié)果探究分析光伏電源對電網(wǎng)的影響。根據(jù)這些調(diào)研結(jié)果，對現(xiàn)有的光伏電源系統(tǒng)以及所涉及的技術(shù)，不斷地進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)完善，圖7為桐廬洋洲光伏電源接入電站改進(jìn)后的接入線路。

圖7 接入線路

4.3 目前調(diào)研所具有的局限性

太陽能是一種間歇性能源，光伏發(fā)電的出力.具有隨機(jī)性和波動性，其對電網(wǎng)的影響還需要深入地研究。目前，由于缺少充足的實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，因此對光伏電源特性的認(rèn)識還不夠充分。隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)規(guī)模越來越大，光伏電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，若是不能研究出高效且科學(xué)的方法，我國在光伏電源發(fā)電的發(fā)展方面，將受到很大的阻礙。從而將會導(dǎo)致我國電力行業(yè)前進(jìn)腳步緩慢，其發(fā)展不能有效的滿足社會進(jìn)步與發(fā)展的需要。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與社會的不斷進(jìn)步，我國基礎(chǔ)建設(shè)的腳步隨之在不斷的加快。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國電力系統(tǒng)越來越完善，而光伏發(fā)電系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中所占的比例正在日益增大，因此有必要關(guān)注光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響。

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TM743

A

2095-2066（2016）29-0060-03

2016-9-30

王笑笑（1981-），男，工程師，本科，主要從事電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行工作。