光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響及解決策略

王建斌

國(guó)家電投集團(tuán)山西可再生能源有限公司 山西太原 030006

據(jù)2016年統(tǒng)計(jì)得出，我國(guó)光伏發(fā)電新增產(chǎn)能為3000多萬(wàn)千瓦。積累的裝機(jī)容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)世界上各個(gè)國(guó)家。2016年，光伏發(fā)電年產(chǎn)量占全年總產(chǎn)量的1%，隨著光伏發(fā)電裝機(jī)容量在電廠中所占比重的不斷提高，光伏發(fā)電對(duì)電廠低壓規(guī)劃產(chǎn)生影響，地方用電量和“中高壓聯(lián)網(wǎng)、高壓輸變電”將對(duì)供電系統(tǒng)的深度和廣度產(chǎn)生重大而巨大的影響。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)簡(jiǎn)介

光伏發(fā)電是一種通過(guò)半導(dǎo)體器件接口的“光伏效應(yīng)”將光能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電需要太陽(yáng)能電池、控制器和逆變器之間的配合。形成太陽(yáng)能電池陣列。在接受到太陽(yáng)能以后，電壓隨之逐漸提高。一旦達(dá)到了系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定的輸入標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)運(yùn)用光伏組件進(jìn)行轉(zhuǎn)換成為直流電[1]。當(dāng)直流配電場(chǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)，直流電將轉(zhuǎn)換成交流電，然后通過(guò)交流配電場(chǎng)將其傳輸?shù)诫娋W(wǎng)或相關(guān)負(fù)載，如圖1所示。

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

光伏發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接主要是分布式和集中式的。與集中式系統(tǒng)相比，分布式系統(tǒng)具有相對(duì)較小的容量和較寬的分布范圍以及自身的負(fù)載。住宅用太陽(yáng)能的生產(chǎn)；集中系統(tǒng)是指大型發(fā)電廠的集中建設(shè)，這些發(fā)電廠可以直接向電網(wǎng)供電，而無(wú)需任何費(fèi)用。根據(jù)《配電網(wǎng)分布式電源設(shè)計(jì)規(guī)范》，在廣泛比較和選擇后，應(yīng)按照安全、靈活、經(jīng)濟(jì)的原則確定單并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)接入的電壓等級(jí)。

表1 分布式電源接入電壓等級(jí)推薦表

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

2.1 “孤島效應(yīng)”問(wèn)題

當(dāng)供電網(wǎng)絡(luò)因故障而停止供電時(shí)，可以連接轉(zhuǎn)換器繼續(xù)向周?chē)╇娋W(wǎng)絡(luò)供電，一旦供電網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，供電網(wǎng)絡(luò)中的電壓和光伏逆變中的電壓在輸出期間可能有顯著的不同。對(duì)于故障，如果目前所連接的電源繼續(xù)向周?chē)╇娋W(wǎng)絡(luò)供電，如果網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員繼續(xù)對(duì)線路和設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，將給維護(hù)人員造成嚴(yán)重?fù)p失[2]。

2.2 對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響

由于光伏發(fā)電自身主要是依賴(lài)陽(yáng)光，所以，受到天氣因素的影響導(dǎo)致存在一定程度的不確定性。這便令短期負(fù)荷預(yù)測(cè)對(duì)于電廠自身降幅產(chǎn)生一定的動(dòng)蕩，從而增加了配電及發(fā)電的難度。光伏發(fā)電系統(tǒng)一旦并入電網(wǎng)，將導(dǎo)致電網(wǎng)中電廠數(shù)量的增加。

2.3 對(duì)功角穩(wěn)定性的影響

大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)所產(chǎn)生的電能具有隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)，沒(méi)有時(shí)間產(chǎn)生慣性，這將在一定程度上影響原輸電網(wǎng)的輸電和供電網(wǎng)絡(luò)，使相應(yīng)的慣量減少，同時(shí)電廠對(duì)光伏發(fā)電的動(dòng)態(tài)支持技術(shù)與常規(guī)發(fā)電機(jī)組也有所不同。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)建成的大型光伏電站，電網(wǎng)在電流角的穩(wěn)定性會(huì)隨著規(guī)模和位置的變化而變化。

3 解決策略

3.1 “孤島”檢測(cè)問(wèn)題

當(dāng)電源電網(wǎng)發(fā)生了故障問(wèn)題時(shí)，擾動(dòng)會(huì)快速的進(jìn)行積累并超出設(shè)定范圍，可進(jìn)行有效的檢測(cè)“孤島”，“孤島效應(yīng)”通信方法時(shí)進(jìn)行檢測(cè)電路使用者的狀態(tài)或者選擇通過(guò)傳呼載波信號(hào)進(jìn)行。主動(dòng)檢測(cè)方法精度高，盲區(qū)檢測(cè)量小或不檢測(cè)，但檢測(cè)盲區(qū)通信量大，檢測(cè)方法實(shí)時(shí)性強(qiáng)，穩(wěn)定性高，對(duì)供電無(wú)影響，但成本高，操作復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)低[3]。

3.2 電網(wǎng)運(yùn)行控制

配電系統(tǒng)在并網(wǎng)前，必須對(duì)電廠的規(guī)劃和監(jiān)控進(jìn)行檢查，原來(lái)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是無(wú)源的、放射狀的，在并網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集等方面比較簡(jiǎn)單，能源規(guī)劃等。為了有效地控制電網(wǎng)的運(yùn)行，有必要對(duì)光伏發(fā)電廠的電力生產(chǎn)以及光伏發(fā)電廠分布的數(shù)據(jù)和對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控，使分布式電力生產(chǎn)的生產(chǎn)和供電得到全面的控制和控制。

3.3 建立健全光伏并網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范

正式并網(wǎng)前，審查相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，一般可接入光伏發(fā)電生產(chǎn)系統(tǒng)。歐洲內(nèi)外的學(xué)校都找到了很多抑制和諧的方法，增加了諧波補(bǔ)償器、無(wú)源固定頻率濾波器、有源濾波器、混合濾波器等，定期檢查和維護(hù)光伏發(fā)電系統(tǒng)，確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的光伏能源。根據(jù)《配電網(wǎng)分布式電源接入設(shè)計(jì)規(guī)范》，分布式電源（10kV接入）應(yīng)具有在線電能質(zhì)量控制功能，能監(jiān)測(cè)三級(jí)不平衡流，送至配電網(wǎng)滿足以下指標(biāo)：電壓波動(dòng)：輸出為正弦波，電壓波形失真度不大于5%；電壓值：電流值偏差小于標(biāo)稱(chēng)電壓的7%；頻率：輸出電壓頻率為501770.5hz；諧波：分布式電源接入配電網(wǎng)后，公共連接點(diǎn)的諧波電壓滿足GB/t549dc組件的要求：提供公用并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的直流組件不得超過(guò)其交流標(biāo)稱(chēng)值的0.5%。

3.4 合理開(kāi)發(fā)利用光伏資源。

深入貫徹國(guó)家光伏政策，實(shí)現(xiàn)政府、貧困戶和電廠的發(fā)展，開(kāi)發(fā)土地、股權(quán)、廠房或倉(cāng)庫(kù)或屋頂?shù)痊F(xiàn)有條件，開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能資源，為太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展鋪平道路。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文分析了光伏發(fā)電的現(xiàn)狀和前景，并從“島電”、運(yùn)行管理、流量穩(wěn)定性、無(wú)功電壓等方面簡(jiǎn)要分析了光伏發(fā)電對(duì)電廠運(yùn)行的影響。結(jié)合電力供應(yīng)分析與控制的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些解決問(wèn)題的策略提出了自己的看法和建議。希望能就進(jìn)一步的研究和消除這些影響問(wèn)題咨詢(xún)專(zhuān)家和學(xué)習(xí)者。