大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

王麗娟 楊卓靜 申寶麗 李聰 申正

（國網(wǎng)山西省電力公司沁水縣供電公司，山西 晉城 048200）

大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的普遍運用，為我國電力資源提供了更廣闊的發(fā)展空間，提高了人們的環(huán)境保護(hù)意識，幫助人們養(yǎng)成節(jié)約能源的好習(xí)慣，使人們認(rèn)識到節(jié)約用電的重要性，這一舉措是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則的具體體現(xiàn)，也是順應(yīng)社會發(fā)展的必然選擇。對于電力系統(tǒng)而言，通過大規(guī)模的光伏發(fā)電，在不同層面上，會影響電力系統(tǒng)，技術(shù)人員應(yīng)該利用有效的手段，將消極影響轉(zhuǎn)化成為積極作用，進(jìn)而推動電力事業(yè)的發(fā)展。

一、光伏發(fā)電并網(wǎng)概述

光伏發(fā)電并網(wǎng)是指應(yīng)用光伏電池方陣來產(chǎn)生電流，并將產(chǎn)生的電流輸送到逆變器與變壓器中，然后根據(jù)電力系統(tǒng)中的實際需求輸送到電網(wǎng)中，在整個過程中，電能不需要使用蓄電池進(jìn)行存儲，減少了與其相關(guān)的存儲與釋放的過程，最大程度的減少了輸送過程中的能量消耗，有效的提高了電力資源的利用效率。在這種并網(wǎng)方式中，光伏數(shù)組可以完成從太陽能到直流電的能源轉(zhuǎn)換，而逆變器則可以將直流電轉(zhuǎn)換為正弦交流電，因此，光伏發(fā)電并網(wǎng)具有以下優(yōu)勢：第一，可以在一定程度上提高電力資源的利用效率。第二，提高光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以利用清潔能源有效的緩解電力資源不足的情況。第三，光伏發(fā)電并網(wǎng)能夠有效的節(jié)省并網(wǎng)系統(tǒng)的占地面積。第四，在建設(shè)過程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實現(xiàn)與建筑相結(jié)合，同時提高建筑的美觀性。

二、大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

（一）影響無功電壓的特性

根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的運行特點，建立大規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)要選擇在海拔較高、日照充足、遮擋物少的戈壁灘、沙漠等地區(qū)，這些地區(qū)人煙稀少，對電能的需求量相對較少，電系統(tǒng)的負(fù)荷能力低，電網(wǎng)短路容量相對較小。在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，電網(wǎng)的短路容量不會太大，光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能通過遠(yuǎn)距離高壓輸送來完成，在電能運送過程中會產(chǎn)生隨機波動，隨機波動的有功出力穿越近區(qū)電網(wǎng)和長距離的輸電通道，使電網(wǎng)運行的無功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線電壓的波動幅度也隨之增大，進(jìn)而使電網(wǎng)的整體平衡效果受到影響。此外光伏電源無功電壓在具體并網(wǎng)運行中支撐能力欠佳，電壓穩(wěn)定性容易受到?jīng)_擊，一些地區(qū)因為大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入，電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，影響電壓質(zhì)量。

（二）功角的穩(wěn)定性

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在功角振蕩的過程中，光伏電源是不與進(jìn)行參加的，電能可以直接通過變壓器，或者是直接通過逆變器，從而直接并入到公共電網(wǎng)，所以，光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生出的電能它在波動的過程中，它具有一定的隨機性，不轉(zhuǎn)動慣量性，但是在這種情況下，會使電網(wǎng)自身通道的傳輸功率受到嚴(yán)重的影響，會對電網(wǎng)的潮流分布模式給予相應(yīng)的改變，同時在很大程度上也降低了發(fā)電系統(tǒng)中的等效慣量，對電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性也起到了決定性的作用，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，功角穩(wěn)定性的變化與多種因素都有著直接的關(guān)系，其中最為主要的因素包括：光伏并網(wǎng)的規(guī)模、地理位置、控制技術(shù)等，一旦接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，就會對功角的穩(wěn)定性造成一定的影響，在特殊的情況下，也會降低電網(wǎng)功角的穩(wěn)定性。系統(tǒng)在運行過程中的點，會隨著光伏外出力的波動而發(fā)生變化。

（三）配電系統(tǒng)保護(hù)

張璐等人對我國西北部大規(guī)模光伏發(fā)電進(jìn)行模擬實驗,發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)在光伏電源接入之后,會改變配網(wǎng)故障特征,會影響到繼電保護(hù)與自動裝置。其具體影響主要表現(xiàn)在四個方面：第一，依照變壓器連接方式,連接變壓器的逆變器會額外形成接地回路,會讓零序電流受到影響,可能會讓繼電保護(hù)動作特性發(fā)生改變;第二，利用單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò),可以將網(wǎng)架結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫磸?fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與雙電源復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),改變故障電流方向、大小和持續(xù)時間;第三，如果PV系統(tǒng)反孤島保護(hù)功能沒有協(xié)調(diào)配合自動重合閘等裝置,那么就可能讓非同期合閘情況出現(xiàn);第四，在配電系統(tǒng)中,變電站備用電源自投裝置和線路三相一次重合閘會受到影響,為讓非同期合閘現(xiàn)象得到規(guī)避,如果接入線路、母線經(jīng)過逆變器并網(wǎng)進(jìn)行接入,那么逆變器反孤島保護(hù)最大動作時間需要小于三相一次重合閘啟動時間或須備用電源自投斷路器動作時間。

（四）對電能質(zhì)量的影響

光伏大規(guī)模的接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部電力電子元件的數(shù)量逐漸增加，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理。但是也對容易產(chǎn)生污染現(xiàn)象，一旦產(chǎn)生污染現(xiàn)象會導(dǎo)致整個電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的電能質(zhì)量下降。為了進(jìn)一步掌握對電能質(zhì)量的影響，采用逆變器開關(guān)速度為例進(jìn)行深入分析，最終發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模光伏發(fā)電中逆變器開關(guān)速度的整體緩慢，會對電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的整體動態(tài)性能輸出帶來影響，產(chǎn)生小范圍的諧波，在外在陽光照射的因素下，會出現(xiàn)輸出功率較低，變化幅度較大的情況，更加促進(jìn)了諧波變化范圍的拓展。目前，從國內(nèi)外大型光伏電站運行經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，單一的并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，但是多臺并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流超標(biāo)的現(xiàn)象。此外，經(jīng)過多年的實踐工作經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電在日常工作過程中會產(chǎn)生逆變器并聯(lián)的現(xiàn)象，該種現(xiàn)象的產(chǎn)生會導(dǎo)致耦合效應(yīng)，從而降低并網(wǎng)逆變器控制回路的寬帶和穩(wěn)定裕度，最終產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)的問題。

結(jié)束語：

在社會快速發(fā)展中逐漸暴露出能源不足的問題，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了人們的生活水平，這大大增加了人們對電力資源的需求量，但是由于我國資源短缺，在供應(yīng)過程中逐漸出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，導(dǎo)致人們更加重視能源保護(hù)。目前一種可應(yīng)用的電能資源主要是太陽能光伏發(fā)電，其可以有效的緩解傳統(tǒng)火力和水力發(fā)電供應(yīng)不足的狀況，更好的服務(wù)人們的生產(chǎn)和生活。