光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響研究

陳曉輝

【摘?要】我國(guó)人口眾多，用電量也很大，如果單純依靠化石燃料燃燒發(fā)電，化石能源的儲(chǔ)存遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需要發(fā)展新能源，光伏發(fā)電是否具有污染特性，對(duì)人們的生活環(huán)境具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;并網(wǎng);電能質(zhì)量

引言

能源是人類(lèi)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展的重要條件，各個(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)和工作離不開(kāi)能源的支撐。然而，隨著自然能源的開(kāi)發(fā)利用，其生產(chǎn)量逐漸減少，新能源的開(kāi)發(fā)和研究成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文以光伏電網(wǎng)為例進(jìn)行分析。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)的類(lèi)型和特點(diǎn)

1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電的類(lèi)型

現(xiàn)階段，光伏并網(wǎng)發(fā)電形式逐步推廣，光伏發(fā)電具有無(wú)污染、可再生的優(yōu)勢(shì)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的能源生產(chǎn)和人類(lèi)活動(dòng)給社會(huì)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的破壞，同時(shí)，能源消耗持續(xù)增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)能源的減少。此時(shí)，光伏發(fā)電開(kāi)始逐步取代傳統(tǒng)的能源發(fā)電，因此加強(qiáng)光伏發(fā)電的開(kāi)發(fā)和研究對(duì)人們的生活和社會(huì)發(fā)展具有重要意義。

1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)

光伏發(fā)電對(duì)環(huán)境保護(hù)和解決傳統(tǒng)能源短缺問(wèn)題具有非常積極的意義，但與傳統(tǒng)能源發(fā)電相比，光伏發(fā)電本身具有一些間歇性的特點(diǎn)。例如，如果以太陽(yáng)能作為發(fā)電的主要能源，對(duì)發(fā)電設(shè)備的太陽(yáng)能需求將非常大;對(duì)于特殊的季節(jié)或天氣，如果光線(xiàn)或發(fā)電設(shè)備將無(wú)法滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，因而無(wú)法產(chǎn)生大量的電力輸送公共電網(wǎng)。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生的影響

2.1 對(duì)電網(wǎng)頻率的影響

在光伏并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，如果發(fā)電容量在電力系統(tǒng)中所占的比例增大，光伏發(fā)電機(jī)組由于自身的不穩(wěn)定性會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)性，從而導(dǎo)致電網(wǎng)頻率異常波動(dòng)。這種情況將對(duì)電力系統(tǒng)和用戶(hù)自身造成嚴(yán)重影響。

2.2 間歇性和波動(dòng)性發(fā)電的影響

在光伏并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，以風(fēng)力發(fā)電為例對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電進(jìn)行分析。由于風(fēng)力發(fā)電本身的不穩(wěn)定性和間歇性，電站產(chǎn)生的電能也出現(xiàn)了間歇性和不穩(wěn)定性。對(duì)于這種電能，控制起來(lái)非常困難，在控制這些電能的過(guò)程中產(chǎn)生的電流沖擊會(huì)導(dǎo)致電量的頻率偏差或電網(wǎng)閃變現(xiàn)象。為了有效地避免電網(wǎng)中的暫態(tài)障礙，風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)在經(jīng)過(guò)低電壓時(shí)，必須將其電壓控制在較低的范圍內(nèi)。只有不斷提高電網(wǎng)的受電能力，同時(shí)將電網(wǎng)的調(diào)峰能力提高到合理范圍，才能保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在光伏并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中，動(dòng)態(tài)無(wú)功功率和功率調(diào)整對(duì)并網(wǎng)發(fā)電非常重要。無(wú)功功率消耗是并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中常見(jiàn)的現(xiàn)象，因此無(wú)功補(bǔ)償功能在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用也很普遍。

2.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)導(dǎo)致電網(wǎng)諧波問(wèn)題

以風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電為例，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)生的諧波是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電力電子元件。恒速風(fēng)機(jī)本身一般不會(huì)產(chǎn)生諧波，但目前常用的雙饋異步發(fā)電機(jī)和同步發(fā)電機(jī)中使用了很多電子元件，直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)組的交-直-交變換器中采用了大量的帶電力電子非線(xiàn)性元件的可控PWM整流器或不可控整流器，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波。光伏逆變器的開(kāi)關(guān)型IGBT和PWM控制在光伏并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的諧波電流。另外，光伏輸出功率的不穩(wěn)定、光照的變化和不對(duì)稱(chēng)會(huì)導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生。

2.4 孤網(wǎng)的問(wèn)題

當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生電壓損失時(shí)，光伏發(fā)電仍處于發(fā)電過(guò)程中，并與當(dāng)?shù)刎?fù)荷相連，形成一個(gè)新的平衡網(wǎng)絡(luò)，即隔離網(wǎng)絡(luò)。此時(shí)，大電網(wǎng)將失去對(duì)隔離電網(wǎng)電壓和頻率的控制，如果受電位置發(fā)生變化或輸出功率發(fā)生變化，孤立網(wǎng)絡(luò)將崩潰，孤立網(wǎng)絡(luò)的電壓和頻率將發(fā)生變化。如果變化不超過(guò)可控范圍，沖擊和危害仍然可以控制，但一旦變化超過(guò)可控范圍，電路將損壞，嚴(yán)重時(shí)可能損壞整個(gè)裝置;如果電源不足，逆變器將過(guò)載，然后逆變器就壞了。

3 電網(wǎng)電能質(zhì)量下降而導(dǎo)致的危害

電網(wǎng)質(zhì)量涉及多個(gè)方面，典型的質(zhì)量問(wèn)題是電壓降。在傳統(tǒng)企業(yè)中，暫時(shí)性的電壓降不會(huì)造成嚴(yán)重的危害。然而，對(duì)于新興的電子設(shè)備行業(yè)來(lái)說(shuō)，不同的設(shè)備對(duì)電壓降的敏感性不同，一些更精密的電子設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電壓降非常敏感。這種設(shè)備通常是在大規(guī)模的生產(chǎn)活動(dòng)中使用的，因此即使是暫時(shí)的電壓降也會(huì)造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

4 應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的措施

4.1 針對(duì)波動(dòng)性和間歇性的解決措施

波動(dòng)性和間歇性是自然因素的影響。雖然自然條件無(wú)法控制，但設(shè)備是可以控制的。首先，對(duì)于發(fā)電并網(wǎng)的新能源設(shè)備，可以增加規(guī)定的并網(wǎng)技術(shù)性能。其次，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力，提高電網(wǎng)對(duì)波動(dòng)和間歇性問(wèn)題的承受能力，當(dāng)然，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，器件必須具有有功功率調(diào)節(jié)和無(wú)功功率調(diào)節(jié)功能。最后，在風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電站中，很容易在不停電的情況下產(chǎn)生損耗，因此光伏發(fā)電設(shè)備必須具有無(wú)功補(bǔ)償功能。

4.2 解決諧波帶來(lái)的影響的措施

諧波是由電子設(shè)備引起的。無(wú)論是風(fēng)電機(jī)組本身的問(wèn)題，還是并聯(lián)補(bǔ)償電容器和電路的問(wèn)題，都是可以避免的。因此，在風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)中，必須避免單獨(dú)提高或降低風(fēng)速，避免風(fēng)機(jī)集中連接，避免局部諧波電壓增加，可以使用不同的風(fēng)扇混合裝置，然后電力系統(tǒng)可以配備合理的諧波濾波裝置，以避免電網(wǎng)中諧波的影響，同時(shí)，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置在產(chǎn)生諧波時(shí)都能得到很好的應(yīng)用。

4.3 解決孤網(wǎng)問(wèn)題

孤網(wǎng)主要是在電網(wǎng)電壓損失較大的情況下，因此在光伏發(fā)電并入電網(wǎng)之前，國(guó)家需要合理控制電力調(diào)度，嚴(yán)格審查電力調(diào)度，并運(yùn)用相關(guān)手段進(jìn)行控制，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)，接入條件是具有功率預(yù)測(cè)功能。

4.4 統(tǒng)一并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國(guó)新能源接入統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)不夠全面，對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的影響還沒(méi)有完全掌握，此外，對(duì)電網(wǎng)調(diào)度和影響電網(wǎng)的因素也沒(méi)有合理的解釋。因此，有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的相關(guān)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)逆變器和控制器，加大技術(shù)研究力度，盡快提出有針對(duì)性的解決方案，進(jìn)而統(tǒng)一并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量仍有一定影響，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為確保光伏并網(wǎng)發(fā)電促進(jìn)我國(guó)電力系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展，相關(guān)技術(shù)部門(mén)和工作人員必須不斷研究完善相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保群眾擁有安全穩(wěn)定的電力資源。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 張垠.居民太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)引起的問(wèn)題研究[J].供用電.2009（04）

（作者單位：五家渠京能新能源有限責(zé)任公司）