光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響及相關需求分析

國網宿州供電公司 朱曉露 曹飛翔 趙 琛

光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響及相關需求分析

國網宿州供電公司 朱曉露 曹飛翔 趙 琛

隨著我國經濟建設速度的加快,人民群眾對于電力的需求越來越高.筆者深入研究了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網所造成的影響,并且仔細地分析了電網運行的安全程度和配電網以及電網調度運行等環(huán)節(jié)造成的影響,而且詳盡地描述了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)接入之后的電網想要平穩(wěn)可靠地運轉需要滿足的要求,希望能夠為相關工作人員提供參考.

光伏并網發(fā)電系統(tǒng);電網;配電網;電網調度

1 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響

1.1 影響電壓質量及其控制

光伏并網發(fā)電系統(tǒng)能夠直接地影響著高壓輸電網以及配電網的電壓質量及其控制,日光照射能夠在很大程度上左右著光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的功能,如圖1所示,環(huán)境溫度、太陽能光照強度對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響十分強烈.此外,光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量沒有固定的規(guī)律,如果想要調節(jié)電壓憑借投切電容電抗器的話,就必須在配電網中來進行.目前來看,其動態(tài)無功調節(jié)設備還不是具備的非常充分.如果電網內總發(fā)電量里的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例非常大,那么就會使得電網正常工作時更加不容易調節(jié)電壓,如果電壓調節(jié)失當就會出現(xiàn)問題.另外,光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對系統(tǒng)電壓的作用效果的關鍵在于安裝位置、容量大小等.

圖1 某光伏發(fā)電輸出有功功率曲線

1.2 諧波污染

諧波出現(xiàn)的時間一般是光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的直流電通過逆變轉變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W的時候,諧波污染也就會同時出現(xiàn)在交流電網中.

如果濾波器的具有優(yōu)秀的設計水平,那么即使電網內的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)并沒有太大的規(guī)模,當由直流電轉換為交流電時所造成的高次諧波對交流電網進行的諧波污染通常也都可以把控在能夠讓人接受的范圍內.不過,在將來光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的應用方向越來越廣,再加上發(fā)電容量占電網內總發(fā)電量的比例越來越高的時候,關于諧波方面的管理應該受到一定的重視.一旦管理出現(xiàn)問題,許多諧波源的能量就會進行疊加,容易出現(xiàn)讓電能難以承受的諧波含量.除此之外,若是系統(tǒng)里具有的諧波源非常多,其可以從系統(tǒng)中對高次諧波的功率諧振進行很好的激發(fā).

1.3 用戶用電質量中的孤島效應的影響

如果供電在電力公司中遇到了狀況,各用戶端的太陽能并網發(fā)電系統(tǒng)非常容易與四周的負載,一個令電力公司難以控制的自給供電孤島也就形成了,也就是孤島效應.隨著光伏并網系統(tǒng)逐漸增多,孤島效應也變得越來越常見.通常來講,孤島效應會導致下面幾種情況的出現(xiàn):(1)供電得到重新回復的時候,電網用戶會因為相位不同步而受到沖擊.(2)電力孤島區(qū)域不具備可靠穩(wěn)定的供電電壓和頻率.(3)將太陽能并網發(fā)電系統(tǒng)轉變?yōu)楣聧u方式運轉的時候,若是儲能元件不存在于供電系統(tǒng)中亦或其容量太小,也會使得用戶負荷出現(xiàn)電壓閃變的情況.(4)原來的配電網被與太陽能供電系統(tǒng)脫離之后,其原來的單相供電方式也許會導致其它配電網內產生三相負載不對稱的現(xiàn)象,這都會對其它用戶的電壓質量造成嚴重的損害.

2 在電網安全運行中光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的作用

2.1 對電網電壓及其穩(wěn)定性的作用

在電網內總發(fā)電量中的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例慢慢增加之后,不僅能夠對配電網里面的電壓把控造成阻礙,也許還會阻礙到高壓電網的電壓特性.嚴重的,則會使得電壓穩(wěn)定性出現(xiàn)狀況.比如,某大區(qū)電網的重負荷區(qū)內設置了相當多的光伏發(fā)電系統(tǒng),因為這部分區(qū)域的日照特性沒什么差別.如果此地區(qū)的日照產生較大的變化,因為太陽能功率大幅度地降低,就會使得此地區(qū)產生相當多的功率缺額.如果缺額巨大,就能夠對此區(qū)域的總體電壓質量甚至電壓穩(wěn)定性造成不好的影響.

從這一點來說,就算以后要加大力度推廣光伏發(fā)電,在負荷中心處,也應該對此類發(fā)電系統(tǒng)占據的比例實行恰當?shù)陌芽?

2.2 對電網頻率的作用

在電網內總發(fā)電量里的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例慢慢增加之后,因為其發(fā)電存在一定程度的隨機性,所以也許會使得電網內的頻率經常產生波動,若是系統(tǒng)內的一次調頻機組大量使用火電機組,就可能直接決定著汽輪機葉片的應用年限.不僅如此,為了將來可以有效地接受光伏并網發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的大容量的電能,電網內一定道具有充足的調峰電源,而且人們也應該重新思考傳統(tǒng)的電網配置是否可行.

2.3 孤島系統(tǒng)內的電壓以及頻率的穩(wěn)定性

絕對忽視一個問題,那就是如果孤島效應出現(xiàn)在了系統(tǒng)中,而且此孤島并沒有準備蓄電池,如何才能讓此孤島系統(tǒng)內用戶的頻率以及供電電壓足夠的安全與穩(wěn)定,這就成為了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中應該著重思考的一個問題.

3 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對配電網的作用

3.1 繼電保護

配電系統(tǒng)屬于電能傳輸鏈的最后位置,所以其電壓等級總的來講相對較低.在光伏發(fā)電系統(tǒng)投入實際應用之前,如果不算上局部區(qū)域具有的一部分零散的小煤電、小水電,電源通常不存在于配電系統(tǒng)中.換句話說,現(xiàn)在常見的配電網絡一般都是放射型的,潮流的流動不是很多樣化,轉移電流的情況不常見.

如今正在大范圍的應用許多先進的發(fā)電系統(tǒng),雙向流動的情況經常存在于配電系統(tǒng)中線路上的潮流中.之所以出現(xiàn)這種狀況,是因為系統(tǒng)不可能因為新添加的發(fā)電系統(tǒng),而將現(xiàn)有的繼電保護體系進行大幅度的改變.如果光伏并網發(fā)電系統(tǒng)與原來的繼電保護沒有辦法進行有效的調節(jié)并互相配合,亦或是別的并聯(lián)分支元件出現(xiàn)狀況,那么就會導致安裝有光伏并網發(fā)電系統(tǒng)分支上的繼電器誤動.不僅如此,在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的功率連入電網的時候,一般來說,會使得之前的繼電器保護區(qū)減少,這也許會導致繼電保護裝置運轉的不順利.

3.2 供電可靠性

在一定的情況下,光伏并網發(fā)電系統(tǒng)還能夠對電力系統(tǒng)特別是位于網絡最末端的配電系統(tǒng)的運轉可靠性造成不好的影響.比如,當它所在的交流系統(tǒng)無法供電,又趕上日光照射強度減弱的時候,那么光伏并網發(fā)電系統(tǒng)也沒有辦法進行補救.如果將這一點考慮進去,光伏并網發(fā)電系統(tǒng)也許未必可以讓配電系統(tǒng)的供電更加安全可靠.除此之外,配電網的可靠性也會因為不合理的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)安裝地點、與電網的相連的方式和配置容量而降低.比如,如果它沒有與配電網本來的繼電保護進行良好的配合,那么也許會導致繼電保護出現(xiàn)失誤動作,讓電網運行的可靠性下降到難以令人滿意的程度.

3.3 實時監(jiān)管、把控和調整配電系統(tǒng)

本來的配電網通常是一個無源的放射形電網,與高電壓等級電網比較而言,它的開關操作、信息采集、能源調度等還是比較便捷的,配電系統(tǒng)的實時監(jiān)管、把控和調整一般是讓供電部門進行統(tǒng)一的執(zhí)行.而當光伏并網發(fā)電系統(tǒng)連接之后,就會讓此過程更加繁復.應該增補什么信息,這部分增補的信息屬于控制信息還是監(jiān)視信息,由什么人來執(zhí)行等,都應該按照光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的并網規(guī)范進行新的審查.

4 電網調度運行受到光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的作用

4.1 斷面交換功率的控制更加困難

光照強度等環(huán)境氣候能夠直接地影響著光伏并網發(fā)電系統(tǒng),使得其向交流電網傳遞的功率一直在不停地變化.若是某一輸電斷面的某側電網內的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的容量比較大,可能就會使得此輸電斷面的功率產生波動,這會影響到斷面兩側系統(tǒng)間交換功率的穩(wěn)定把控.

4.2 短期負荷預測難度增加

電網發(fā)電計劃在之前的發(fā)展,特別是日發(fā)電計劃,對負荷的精準預測是其主要依靠的方式.通常情況下,當?shù)氐囊徊糠重摵煽梢员还夥⒕W發(fā)電系統(tǒng)產生的電能就地平衡掉.氣候在很大程度上決定了光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量,這就導致電網的總體負荷總量存在難以預料到的變化,進而讓電網的發(fā)電計劃,特別是日發(fā)電計劃的確定遇到了相當大的困難.

5 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)接入后的電網平穩(wěn)可靠運轉造成的研究需求

在電力系統(tǒng)中接入數(shù)量龐大的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)后,從影響電網的角度來看,其一般存在如下的研究需求:(1)系統(tǒng)電能質量受到了影響.(2)對局部電網內電壓以及頻率的穩(wěn)定性產生了影響.想要保證電網安全運行,還需要從以下幾方面來進行研究:光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應檢測技術;太陽能光電池的最大功率轉換追蹤控制技術;光伏并網發(fā)電系統(tǒng)重新回復供電時的相位同步技術.另外,科學合理地對光伏并網發(fā)電系統(tǒng)接入電網后的相關科研手段進行探索的手段也包括下面幾點:分析光伏并網發(fā)電系統(tǒng)各個組件和它對應保護控制的數(shù)學建模方式,構建恰當?shù)碾娋W動態(tài)以及靜態(tài)研究的光伏并網發(fā)電系統(tǒng)模型,而且落實在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真軟件中;在鉆研電磁暫態(tài)時,適當?shù)靥暨x待研究系統(tǒng)規(guī)模、實行系統(tǒng)化簡或等值,這其中就包含配電網以及外部網絡的化簡或等值;在涵蓋大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)中,鉆研如何通過晚上對光伏電站的監(jiān)管來優(yōu)化電網的運行的平穩(wěn)與可靠性;鉆研涵蓋小規(guī)模配電系統(tǒng)和大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)中,關于光伏電站的監(jiān)管和把控方面的科技.

6 結語

綜上所述,筆者在本文中主要就光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響以及其相關需求的分析進行了詳細的闡述,希望本文的論述能夠為同類研究提供一點兒意見上的參考,不足之處,還望同行能夠給予斧正.

[1]陳煒,艾欣,吳濤,等.光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響研究綜述[J].電力自動化設備,2013,03(10).

[2]劉建濤,張建成,馬杰.儲能技術在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中的應用分析[J].電網與清潔電能,2011,07(25).

[3]劉謀君.光伏并網發(fā)電系統(tǒng)對電網的影響分析[J].科技創(chuàng)新導報,2014(11):131.