光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力調(diào)控的影響

王營

山東昱興電力有限公司 山東東營 257000

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，能源與資源的消耗對環(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，維護簡單并受地域條件限制小的特點。并且，我國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)，這對發(fā)展光伏發(fā)電系統(tǒng)十分有力。同時，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)電和隨機波動性變化的特點[1-2]。這些都對電力調(diào)控造成一定影響，對電力調(diào)控工作的管理與操作提出了一定的挑戰(zhàn)。

1 光伏發(fā)電原理

當(dāng)前，在城市建設(shè)過程中對電力需求量不斷增大，這使得電力單位壓力也在持續(xù)加深。在此背景下，我國電力單位逐漸開始運用新能源光伏發(fā)電系統(tǒng)，其可以有效緩解我國的能源緊張問題。在對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行應(yīng)用的前期，首先必須要對光伏發(fā)電原理進行了解。光伏發(fā)電的核心部件是太陽能光伏電池，其主要是由薄膜或單晶硅或多晶硅等材料制成，其工作原理與二極管較為相似，但不同的是在光伏發(fā)電太陽能電池中所起到推動和影響P-N結(jié)空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱，即光生伏特效應(yīng)。而光伏發(fā)電系統(tǒng)主要指的是由光伏電池、逆變控制器等核心部件等組成的系統(tǒng)，其包括了離網(wǎng)光伏、并網(wǎng)光伏發(fā)電兩個系統(tǒng)。在實際的應(yīng)用過程中，由于離網(wǎng)光伏發(fā)電的操作較為簡單，其適用范圍較廣，因此使用率較高一些。而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由于蓄電池體積較大，在太陽能電力不夠時需要通過電網(wǎng)購電才能夠保證后續(xù)的使用，發(fā)電成本較大，而且后續(xù)的維護工也作較為復(fù)雜，使得實際應(yīng)用程度較低。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力調(diào)控的影響

2.1 影響電站的發(fā)電計劃

國家此前的主力發(fā)電方式是火電，也就是煤炭等燃燒物發(fā)電，火電因污染等問題在未來的發(fā)電系統(tǒng)中正逐漸被邊緣化，但光伏發(fā)電要想完全取代火力發(fā)電還存在很大的缺陷?；痣婋m然對環(huán)境的污染巨大，但在其功率的輸出上具有光伏發(fā)電所不具備的穩(wěn)定性和可預(yù)測性。相較之下，光伏發(fā)電依賴光照，因此季節(jié)、空氣溫濕度、天氣等環(huán)境因素都會對其產(chǎn)能帶來影響，所以光伏發(fā)電充滿很強的隨機性和不可控性。也正是這層不可控性，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性受到了極大的阻礙，這也增加了以光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的電站在制定發(fā)電計劃以及實施時的難度。在國家能源局的《2018年光伏發(fā)電通知》公布之后，未來的光伏發(fā)電應(yīng)用數(shù)量和應(yīng)用范圍還會持續(xù)增高，而這樣一來，供電公司的電力調(diào)控難度還會走向越來越困難的狀態(tài)。

2.2 孤島效應(yīng)的引發(fā)

孤島效應(yīng)是指在電路上，某個區(qū)域明明有電流通路但實際卻沒有電流通過的現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為電網(wǎng)已經(jīng)失壓，但發(fā)電系統(tǒng)仍就對電網(wǎng)中的鄰近部分線路進行供電。這就是電流系統(tǒng)中所謂的孤島效應(yīng)。在當(dāng)前，國家的光伏發(fā)電應(yīng)用正在逐漸擴大，并網(wǎng)光伏電站的數(shù)量正在增加。孤島效應(yīng)發(fā)生的概率也在隨著電站的增多而增多。其不僅會對光伏發(fā)電站本身的設(shè)備帶來極大的損害，同時也會讓大電網(wǎng)的損害進一步擴大為災(zāi)害事故。比如，處于孤島效應(yīng)的電流通路雖然沒有電流通過，但本身還處于供電狀態(tài)，因此會對供電公司的現(xiàn)場檢修人員造成極大人身安全隱患，極容易引發(fā)人身財產(chǎn)損失。因此電網(wǎng)調(diào)控中心應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)工作來保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

2.3 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，基于這一運行特點，國內(nèi)很多光伏發(fā)電系統(tǒng)在建立之時都會選擇海拔高、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)負荷也不需要太高，因此也使得國內(nèi)的光伏發(fā)電系統(tǒng)存在一個常見現(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。因為光伏發(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距離高壓輸送到千家萬戶，在這一運輸過程中，電能就可能發(fā)生隨機波動，對于電網(wǎng)運行的無功平衡影響很大，因為隨機波動的有功出力會穿越近區(qū)電網(wǎng)和長距離的輸電通道，從而對無功平衡產(chǎn)生沖擊，使得電網(wǎng)的整體平衡性都受到影響[3]。

2.4 影響繼電保護

光伏發(fā)電并網(wǎng)運行系統(tǒng)讓光伏電網(wǎng)的潮流具有了雙向性，而隨之而來的是電網(wǎng)故障時短路電流的改變，不管是大小、方向還是分布，這些因素都成為了不確定性。也因此裝設(shè)繼電保護裝置成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中一道必不可少的工序，這是為防止出現(xiàn)電網(wǎng)故障后整個電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)失穩(wěn)和反送電的情況。通常而言，繼電保護裝置對于整個電站具有非常大的保護作用，可以很好的保護電網(wǎng)避免故障沖擊。然而，在光伏發(fā)電并網(wǎng)運行系統(tǒng)中，已并網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)向大電網(wǎng)進行功率輸入工作時，就會造成原繼電保護裝置的保護區(qū)域縮減，即繼電保護裝置無法在做到有效的保護電網(wǎng)避免故障沖擊，這樣一來繼電保護裝置工作的靈敏性與可靠性就會大打折扣。

3 結(jié)語

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，其對電力調(diào)控的影響將進一步加深，如何在新形勢下既保障光伏發(fā)電的發(fā)展又保障電網(wǎng)運行的安全與穩(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)、繼電保護配置與管理手段，做好精心調(diào)控，科學(xué)規(guī)劃，促進光伏發(fā)電新能源技術(shù)的發(fā)展。