并網光伏電站特性及對電網影響的研究

李士麟

【摘 要】 隨著我國經濟的發(fā)展和電氣化程度的逐步提高，電力供應在國民產業(yè)和生活中的作用越來越大。光伏發(fā)電作為一種可再生能源發(fā)電模式正逐步受到越來越廣泛的重視。本文對光伏發(fā)電的并網特性和其對傳統(tǒng)電網的主要影響進行了簡要分析，希望能夠為并網光伏電站的研究提供一定的借鑒。

【關鍵詞】 光伏電站 特性 并網 影響 研究

隨著能源危機的逐漸增強，人們開始積極尋求可循環(huán)能源的有效利用途徑，目前世界各國已經對光伏發(fā)電產生了足夠的重視，并且展開了積極的研究。隨著光伏發(fā)電機裝機容量的增加，將光伏發(fā)電站并入傳統(tǒng)輸電網絡作為輔助發(fā)電模式不但能夠節(jié)省大量的能源資源消耗，而且方便對其進行集中管理，因此成為未來光伏發(fā)電站的主要發(fā)展趨勢。但是由于光伏發(fā)電具有較強的間歇性和隨機性，其功率輸出相對不穩(wěn)定。就我國現(xiàn)在的狀況來看，光伏發(fā)電的并網對原有電網造成的影響難以估測，因此其過程并不順利。了解并網光伏電站的運行特性，并且掌控其對整個電網的影響狀況就成為了光伏電站并網的首要難題和重要的研究方向。

1 并網光伏電站系統(tǒng)

1.1 并網光伏電站的結構

并網光伏發(fā)電站實際上是分布式發(fā)電模式的一種，可以作為市電的輔助供電途徑。將光伏發(fā)電站并入傳統(tǒng)網絡后就可以完全省略掉龐大昂貴的蓄電池組，直接將太陽能能轉化的電能輸送進電力網絡。除卻光伏發(fā)電原有的太陽能板陣列、基本構件之外，并網光伏電站最關鍵組成部分是并網逆變器，主要承擔電網信息監(jiān)測、輸出電流控制、最大功率點跟蹤、抗孤島等功能。

1.2 并網光伏電站的特性

（1）光伏發(fā)電受太陽光照和氣候變化的影響較大，負荷變化相對其他發(fā)電方式要大，對電網的平穩(wěn)運行也會產生一定的沖擊。例如，光伏發(fā)電的主要工作過程在白天進行，當出現(xiàn)特殊雨雪天氣時，光伏電站的輸出功率也會極低。通常來講，夏天的電能輸出相對較多，但是功率輸出也較為不穩(wěn)定。（2）光伏電站并網時需要其他電源的支撐，不僅需要其提供一定的電荷來啟動光伏發(fā)電，而且在天氣情況較為多變時還需要對光伏發(fā)電站進行一定的功率補償。（3）光伏發(fā)電站不能通過起停機完成容量的調節(jié)，因此需要一直處于旋轉備用狀態(tài)。這就導致了旋轉備用設備的體積也更為龐大，而且隨著光伏電站規(guī)模和容量的增加，旋轉設備也需要相應的增加。（4）想要大規(guī)模開展光能發(fā)電，往往需要將太陽輻射能收集設備放置在我國的西北、華北等沙漠戈壁地區(qū)。這些地區(qū)地廣人稀，既能夠收集到足夠的能量，同時對電能消耗也較少，但是需要較長的傳輸線路將其并入傳統(tǒng)電網。

2 并網光伏電站對電網的影響研究

由于光伏發(fā)電容易受到氣候和環(huán)境的影響，因此光伏發(fā)電過程的穩(wěn)定性和自我調節(jié)能力較差，并網后對于整個電網的會產生一定的影響。

2.1 對系統(tǒng)潮流與電壓的影響

首先，光伏發(fā)電站并網時會對系統(tǒng)潮流產生一定的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，并網后各饋線節(jié)點電壓都會有一定的提升。傳統(tǒng)電網采用輻射狀的傳輸模式，因此電壓會隨著潮流方向逐漸降低。但是由于光伏電站采用的是單位功率因數(shù)的控制模式，會對電網有功和無功潮流會造成不同的影響，因此這種情況下也無法通過對原有電網的電壓調節(jié)進行功率補償。往往會造成配網負荷側電網饋線的有功功率減少、電壓增高，導致電網系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其次，并網光伏電站對電網電壓的波動影響較大。傳統(tǒng)電網中功率傳輸時間和線路位置會對電壓波動產生影響，光伏電站接入后不但會擴大這些影響，而且會帶來更多的不穩(wěn)定因素。例如，受日照時間和氣候的影響，光伏發(fā)電站的實際輸出功率在不斷變化中，而且容易產生較大的間歇性峰谷波動，隨著并網光伏電站規(guī)模和數(shù)量的增加，影響會越來越大；為維持光伏發(fā)電站的穩(wěn)定，需要對電網內的其他電源的處理進行調解，增加了電網調峰的壓力。

2.2 對短路電流和繼電保護的影響

當光伏電站并網后，配電網系統(tǒng)由原來的輻射性網絡轉變?yōu)楸椴茧娫春拓摵煞植嫉膹碗s網絡。因此無論配網在光伏電站接入點上游還是下游發(fā)生故障，遠離系統(tǒng)電源側的母線由于光伏電源的支撐不會降為零。當光伏電站接入點上游配網線路故障時，此時故障線路的故障電流只由系統(tǒng)電源提供，因此光伏電站的接入不會對故障電流產生影響，從而不會影響該線路保護的正常動作。但當相鄰饋線發(fā)生故障時，由于目前絕大多數(shù)配網線路保護都不帶方向元件，光伏電站供出的反向電流有可能導致健全線路的誤動作。當光伏電站接入點下游配網線路故障時，接入點上游配電線路由于光伏電站等效阻抗的影響，線路的故障電流較接入前要小，因此會降低線路保護的靈敏度，增大了過流保護的動作延時，不利于故障的快速切除，原有保護的級差配合失效，隨著故障點和光伏電站接入位置、接入容量的變化，甚至可能導致保護失去靈敏性，保護無法啟動。接入點下游配電線路由于光伏電站的助增作用，故障電流會變大，故障電流的增大會提高保護的靈敏性，但是有可能擴大了保護的保護范圍，從而使保護失去選擇性。另外，光伏電站的接入增大了配電網的短路電流水平，配電網故障時短路瞬間會有光伏電站電流注入電網導致斷路器的開斷能力不足而不能有效切除故障，使故障擴大危及整個系統(tǒng)的安全運行，提高了線路的熱動穩(wěn)定要求等。

3 結語

太陽能發(fā)電模式作為新型綠色能源發(fā)電，受光照時限的影響本身具有一定的局限性。但是即使光伏發(fā)電無法完全取代傳統(tǒng)能源發(fā)電模式，也是未來發(fā)電的主要發(fā)展方向。因此，解決光伏發(fā)電站并網時以及并網后對原有電網穩(wěn)定性的不良影響有著極其重要的意義。不僅要從技術層面削減并網對于系統(tǒng)潮流、電壓、繼電保護等性能指標的沖擊，而且需要制定相應的技術標準和管理規(guī)范，切實促進并網光伏電站的研究和應用。

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