光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力調(diào)控的影響

尹海洋 關(guān)海彬

摘要：近年來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)電設(shè)備的運(yùn)用越來廣泛，對(duì)電能的需求也隨之增多。這對(duì)電能的供應(yīng)提出了更高的要求，也是對(duì)電力企業(yè)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。隨著我國(guó)節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，能源問題更加凸顯，大規(guī)模光伏發(fā)電恰恰緩解了這一問題，可是又會(huì)使原有的電力系統(tǒng)發(fā)生一些相應(yīng)的改變，所以，分析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響是十分必要的。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng);電力調(diào)控;影響

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源與資源的消耗對(duì)環(huán)境的影響日益嚴(yán)重，光伏發(fā)電作為清潔能源其開發(fā)利用顯得日益重要。光伏發(fā)電系統(tǒng)具有資源普遍、無污染，設(shè)備可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單并受地域條件限制小的特點(diǎn)。并且，我國(guó)太陽能資源十分的豐富，排除西南以及黑龍江邊境地區(qū)外均為高太陽能資源區(qū)，這對(duì)發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)十分有力。同時(shí)，光伏發(fā)電也存在著諸多問題，如功率輸出不穩(wěn)定，可調(diào)度性差，并具有間歇性發(fā)電和隨機(jī)波動(dòng)性變化的特點(diǎn)。這些都對(duì)電力調(diào)控造成一定影響，對(duì)電力調(diào)控工作的管理與操作提出了一定的挑戰(zhàn)。因此，本文就光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力調(diào)控的影響進(jìn)行了分析與探討。

1光伏發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

從光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成上考慮，具體可劃分為四部分：①太陽能電池方陣，是吸收光能的主要設(shè)備，其兩端會(huì)形成異性電荷積聚現(xiàn)象，并隨之形成電動(dòng)勢(shì)。②蓄電池組，工程中最為常用的為鉛酸電池，它可以起到電能儲(chǔ)存的作用，待到陰雨天等非日照環(huán)境時(shí)可以為負(fù)載持續(xù)供電，蓄電池組的放電量不可過大，應(yīng)具備高效率的充電特性;③充放電控制器，此結(jié)構(gòu)服務(wù)于蓄電池，當(dāng)蓄電池處于放電狀態(tài)時(shí)可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而杜絕蓄電池過度充放電的現(xiàn)象，在調(diào)控過程中以負(fù)載需求為準(zhǔn)則，合理控制電能的輸出量;④逆變器，在其作用下可以實(shí)現(xiàn)低壓直流電向交流電的轉(zhuǎn)化，從而為負(fù)載提供可使用的電流，逆變器種類較多，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中常見的為并網(wǎng)逆變器。

2光伏發(fā)電對(duì)電力調(diào)控的影響

2.1影響無功電壓的特性

光伏發(fā)電系統(tǒng)本身是依靠太陽能資源產(chǎn)生電能，日照越充足產(chǎn)生的電能才越多，基于這一運(yùn)行特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)很多光伏發(fā)電系統(tǒng)在建立之時(shí)都會(huì)選擇海拔高、日光足的地方，比如像戈壁灘或者沙漠等處，或是其他人煙稀少的“無人區(qū)”。這些地段由于位置偏僻，電能的需求量少，相應(yīng)的電系統(tǒng)負(fù)荷也不需要太高，因此也使得國(guó)內(nèi)的光伏發(fā)電系統(tǒng)存在一個(gè)常見現(xiàn)象，就是以光伏發(fā)電系統(tǒng)供電的電網(wǎng)其短路容量很低。因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)需要日光充足的地方，而其產(chǎn)生的電能都需要用遠(yuǎn)距離高壓輸送到千家萬戶，在這一運(yùn)輸過程中，電能就可能發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)，對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行的無功平衡影響很大，因?yàn)殡S機(jī)波動(dòng)的有功出力會(huì)穿越近區(qū)電網(wǎng)和長(zhǎng)距離的輸電通道，從而對(duì)無功平衡產(chǎn)生沖擊，使得電網(wǎng)的整體平衡性都受到影響。

2.2對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量是電力企業(yè)綜合實(shí)力和社會(huì)信譽(yù)的重要標(biāo)志，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的關(guān)鍵，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并入，擴(kuò)大了系統(tǒng)的容量，由于所接入的發(fā)電機(jī)組和原來的數(shù)量與規(guī)模有很大區(qū)別，使繼電系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)和原來有明顯區(qū)別，電網(wǎng)的潮流分布更難控制，電壓質(zhì)量得不到良好的保障，影響用戶的用電效果。同時(shí)，由于大規(guī)模光伏系統(tǒng)的介入，其中存有的大量的電力電子的作用，改變了既有電力系統(tǒng)原有的運(yùn)行模式，不利于電能的質(zhì)量的提高，逆變器開關(guān)的反應(yīng)過慢，輸出失真，進(jìn)而產(chǎn)生諧波，簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)范圍會(huì)隨某一區(qū)域的光照變化的加快而增大，甚至出現(xiàn)波動(dòng)疊加現(xiàn)象。相關(guān)研究證明，只存在一臺(tái)并網(wǎng)逆變器時(shí)，輸出的電流諧波較小，電路中同時(shí)并聯(lián)多臺(tái)并網(wǎng)逆變器時(shí)，輸出較大的電流諧波，會(huì)超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。影響電能質(zhì)量的主要原因有逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中電網(wǎng)阻抗的耦合效應(yīng)，濾波電容所引起的諧振動(dòng)，放大了某些次諧波，由于直流介入產(chǎn)生電源波動(dòng)等，另外，由于時(shí)代的發(fā)展，使用電子設(shè)備和用電器的電用戶越來越多，功率消耗增大，用電消耗的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電能量消耗總量增加，電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)越來越重。

2.3分布式發(fā)電對(duì)繼電保護(hù)的影響

絕大多數(shù)的配電系統(tǒng)均屬于一種放射狀結(jié)構(gòu)，之所以采取這種結(jié)構(gòu)七畝地也是為了能夠維持運(yùn)行的簡(jiǎn)單性及過電保護(hù)的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)分布式電源接入后，系統(tǒng)原本的放射狀網(wǎng)絡(luò)也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿档谋椴茧娫春陀脩艋ヂ?lián)的網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)潮流也不再如之前一樣單向的從變電站母線流向各負(fù)荷，進(jìn)而也對(duì)系統(tǒng)的繼電保護(hù)產(chǎn)生較大影響。首先，分布式電源在運(yùn)行時(shí)可能會(huì)造成繼電保護(hù)失效，其主要也是由于分布式電源所產(chǎn)生的故障電流引發(fā)經(jīng)過饋線繼電器的電流減小所致。其次，分布式電源接入后可能會(huì)造成繼電保護(hù)發(fā)生誤操作，相鄰的饋線故障可能引發(fā)之前不存在故障的饋線發(fā)生跳閘。

2.4繼電保護(hù)方面

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)使得電網(wǎng)中的潮流具有了雙向性，并且電網(wǎng)故障時(shí)短路電流的大小、方向以及分布也會(huì)因此而有所改變。因此光伏發(fā)電系統(tǒng)與系統(tǒng)變電站均需要裝設(shè)繼電保護(hù)裝置，防止故障后的系統(tǒng)失穩(wěn)與對(duì)系統(tǒng)反送電，保護(hù)光伏發(fā)電站本身也保護(hù)系統(tǒng)不受到故障多次沖擊。當(dāng)已并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)向大電網(wǎng)輸入功率時(shí)，會(huì)使原繼電保護(hù)裝置的保護(hù)范圍縮小，從而影響到繼電保護(hù)裝置工作的靈敏性與可靠性。

2.5孤島效應(yīng)

現(xiàn)實(shí)工程案例表明，光伏發(fā)電并網(wǎng)工程時(shí)常會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)，而這將對(duì)電網(wǎng)造成直接的影響。由于電網(wǎng)線路采用的是直接與光伏發(fā)電系統(tǒng)相連的方式，一旦線路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)難以判斷是否發(fā)生停電現(xiàn)象，因而無法停止供電，這種持續(xù)供電的現(xiàn)象將會(huì)作用于公共電網(wǎng)，進(jìn)而形成供電孤島。①威脅電網(wǎng)運(yùn)維人員的人身安全。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，并網(wǎng)逆變器并未受到影響，此時(shí)依舊向周邊供電。若維護(hù)人員依然在進(jìn)行線路檢修，極容易觸電甚至對(duì)生命造成威脅;②損壞用電設(shè)備。當(dāng)電網(wǎng)不再供電后，孤島區(qū)域的穩(wěn)定性將受到影響，電壓與電流將出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象，若電網(wǎng)尚未配備儲(chǔ)能元件，將會(huì)直接對(duì)用戶造成影響，致使其負(fù)荷出現(xiàn)電壓閃變現(xiàn)象，對(duì)用戶電氣設(shè)備帶來威脅;③損壞電網(wǎng)設(shè)備。當(dāng)恢復(fù)正常供電后，分布式光伏輸出特性并不穩(wěn)定，與電網(wǎng)電壓之間難以同步，并在瞬間形成強(qiáng)電流，從而給電網(wǎng)設(shè)備造成威脅;④對(duì)用戶電壓產(chǎn)生影響。當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，它將與并網(wǎng)之間表現(xiàn)出穩(wěn)定的連接特征，一旦二者出現(xiàn)斷開現(xiàn)象，對(duì)于配電網(wǎng)而言將會(huì)出現(xiàn)三項(xiàng)負(fù)載不對(duì)稱現(xiàn)象，以往的單向供電模式受到破壞，此時(shí)用戶的用電質(zhì)量受到嚴(yán)重影響。

結(jié)束語

綜上所述，科技的發(fā)展給新能源事業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，此時(shí)光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)也隨之獲得了空前的發(fā)展。當(dāng)下光伏發(fā)電站并網(wǎng)規(guī)模在逐步擴(kuò)大，其對(duì)電力調(diào)控的影響將進(jìn)一步加深，如何在新形勢(shì)下既保障光伏發(fā)電的發(fā)展又保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全與穩(wěn)定將是供電公司調(diào)控部門工作的重中之重。由于光伏發(fā)電自身的不穩(wěn)定與不確定性，傳統(tǒng)的工作方法必將無法滿足新的工作要求。這就要求不斷結(jié)合情況發(fā)展制定可行的辦法，調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、繼電保護(hù)配置與管理手段，做好精心調(diào)控，科學(xué)規(guī)劃，促進(jìn)光伏發(fā)電新能源技術(shù)的發(fā)展?；谔嵘夥l(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定性的目的，相關(guān)部門應(yīng)加大此領(lǐng)域的研究力度，積極引入人才，搭建高水平化的科研平臺(tái)，從而優(yōu)化諧波以及電壓閃變現(xiàn)象的解決機(jī)制，確保電力系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

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