光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響與改進(jìn)策略

李少帥 胡蓉蓉 孔順蓮 李櫸炫

摘要：現(xiàn)如今社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地球能源日漸緊缺，環(huán)境污染的日益嚴(yán)重。清潔能源的利用開發(fā)成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)，太陽能因其資源豐富、來源廣泛、清潔環(huán)保而被人們廣泛關(guān)注。光伏并網(wǎng)發(fā)電是未來太陽能應(yīng)用的發(fā)展趨勢，但光伏發(fā)電很容易受到環(huán)境影響，存在間歇性、不穩(wěn)定性和波動(dòng)性，而大規(guī)模并網(wǎng)后會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一些不利影響。因此本文主要討論光伏發(fā)電并網(wǎng)后帶來的影響及其優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;并網(wǎng);電能質(zhì)量;電網(wǎng)工程

0引言

我國的能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾使得能源問題變得越來越緊張，光伏發(fā)電能夠一定程度上緩解這些能源壓力。目前先進(jìn)的分布式光伏發(fā)電技術(shù)，從而可以滿足人們?cè)谌粘Ｉ?、工作之中的用電量，確保人們更好的從事各種活動(dòng)。

1分布式光伏電源概述

使用可再生的太陽能進(jìn)行電能轉(zhuǎn)化時(shí)，可以使用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這種獲取電能的裝置即光伏電源，其依托太陽的光生伏特效應(yīng)，將太陽的熱量，在電池板等裝置的作用下，生產(chǎn)出電能，這種電能可作為有效電源供應(yīng)使用。光伏電源的裝置結(jié)構(gòu)主要有：控制器、太陽能電池板、逆變器，在共同作用下進(jìn)行電能的發(fā)電與儲(chǔ)存。這種電源的電壓等級(jí)較低，在生產(chǎn)使用的過程中，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，使用靈活，尤其是對(duì)于一些偏遠(yuǎn)山區(qū)的居民而言，使用太陽能供電的效果好于電網(wǎng)供電，其應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯[1]。在使用區(qū)域發(fā)電后，該電源可以獨(dú)立使用，或者可以連接周邊的配電網(wǎng)接入的分布式光伏電源較多，電網(wǎng)的調(diào)峰壓力、調(diào)頻將會(huì)受到明顯影響，存在非常嚴(yán)重的峰谷差異。此外，在公共電網(wǎng)中，接入該種電源，使得電源點(diǎn)的數(shù)量、分布區(qū)域變多、變廣，在電力系統(tǒng)無法對(duì)所有電源點(diǎn)控制的情況下，需要進(jìn)行科學(xué)合理的供電調(diào)控，加強(qiáng)電網(wǎng)的運(yùn)行效率。但處理不當(dāng)易使得電力系統(tǒng)的多個(gè)供電設(shè)備、電壓值、電網(wǎng)調(diào)峰出現(xiàn)問題，控制效果不佳，最終造成配電網(wǎng)運(yùn)行安全事故。

要求指出，首先，并網(wǎng)后光伏電源可以為電網(wǎng)輸送電力資源，且能夠促使電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。其次，接入的光伏電源數(shù)量需要控制，多個(gè)電源的總體影響較大，且接入的總?cè)萘啃杩刂疲豢沙^上級(jí)變壓器有效負(fù)荷量的1/4[2]。最后，該電源的短路和額定電流的比值需要在10kV以上;根據(jù)電網(wǎng)條件、裝機(jī)容量，確定并網(wǎng)電壓等級(jí)，一般光伏電源的電壓值處于8kV以下，或者低于8kV時(shí)，配電網(wǎng)的電壓值即為220kV等。如果接入的低電壓、高電壓均符合并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，則可以先進(jìn)行低電壓的并網(wǎng)。因此，供電單位在本地區(qū)的供電中，根據(jù)該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)并網(wǎng)工作進(jìn)行檢查監(jiān)督，找出影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的因素，及時(shí)采取有效的手段進(jìn)行規(guī)避處理，確保分布式光伏并網(wǎng)工作的安全可靠性。

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

2.1???? 對(duì)電壓的影響

伏發(fā)電利用太陽輻射的光能和熱能發(fā)電，易受到光照和溫度等因素的影響。在不同的時(shí)間不同的地點(diǎn)，由于光照和溫度不同，導(dǎo)致發(fā)電功率發(fā)生較大變化，引起電壓的改變。風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力機(jī)組將風(fēng)流動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，受風(fēng)力條件影響較大。為了減少這種影響，一般將風(fēng)力發(fā)電廠建立在風(fēng)速較大相對(duì)穩(wěn)定的地點(diǎn)。電壓產(chǎn)生波動(dòng)和閃變的主要原因是輸出功率的影響。在電力系統(tǒng)中，新能源機(jī)組會(huì)在開啟、停止的運(yùn)行過程中產(chǎn)生波動(dòng)，電網(wǎng)同樣也容易產(chǎn)生閃變和波動(dòng)。閃變和波動(dòng)程度與電網(wǎng)的短路容量比有關(guān)，因此需選用合適的線路阻抗比，并且使用電能質(zhì)量抑制器減少對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊。

2.2???? 對(duì)電能頻率的影響

電能頻率穩(wěn)定是衡量電網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一個(gè)重要指標(biāo)。民用和工業(yè)用電有不同的頻率要求，是居民正常用電和安全生產(chǎn)的保障。頻率異常在電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中并不多見，在發(fā)電機(jī)容量較低時(shí)，對(duì)電能頻率的影響較小。但是，在新能源機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)后，新能源的發(fā)電量比例大幅增加，電網(wǎng)中會(huì)出現(xiàn)頻率的變化，給電網(wǎng)的安全使用帶來隱患。以目前最廣泛使用的風(fēng)力發(fā)電舉例，風(fēng)電廠功率波動(dòng)符合某一函數(shù)關(guān)系，很小的頻率改變都會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。如果機(jī)組穿透率為18%，那么最大頻率偏差會(huì)接近極限值。要想盡可能減少新能源發(fā)電機(jī)組發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，又要提高使用新能源發(fā)電的比重，必須重視風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電本身的間歇性問題，合理調(diào)整，降低其對(duì)電網(wǎng)的不良影響。

2.3???? 對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

新能源發(fā)電站的運(yùn)行會(huì)受到自身和外界的影響，易出現(xiàn)電壓電流諧波，影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。由并網(wǎng)光伏發(fā)電特性可知，光照強(qiáng)度、陰影變化、浮云陰影問題都會(huì)導(dǎo)致發(fā)電功率的變化，會(huì)出現(xiàn)諧波污染和電壓波動(dòng)的問題。此外，在新能源發(fā)電過程中，由于發(fā)電機(jī)組自身的原因也會(huì)產(chǎn)生一定的諧波畸變。為了實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換，光伏發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)大量使用電子換流器，但這樣會(huì)產(chǎn)生電流諧波畸變。這些諧波電流的波形不穩(wěn)定，電抗器和電容器本身的諧振規(guī)律會(huì)加重其畸變的程度。以上這些原因?qū)е碌闹C波電流電壓畸變，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。

3?? 分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)影響的改進(jìn)措施

3.1???? 提高電網(wǎng)的控制

針對(duì)電網(wǎng)在運(yùn)行過程中控制不佳這種情況，供電相關(guān)單位可以運(yùn)用光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)來對(duì)光伏電源并入電網(wǎng)之后的輸出功率進(jìn)行檢測，使得光伏電源以及其他電源可以在自動(dòng)化的情況下實(shí)現(xiàn)輸出功率以及電壓的監(jiān)管，從而實(shí)現(xiàn)供電調(diào)度的合理性。

首先可以在光伏電源接入后，相關(guān)技術(shù)人員要對(duì)光伏電源接入電網(wǎng)之后所在區(qū)域的光照強(qiáng)度、輻射度、云層量進(jìn)行調(diào)查再利用相關(guān)技術(shù)構(gòu)建光伏發(fā)電功率的模型。通過相關(guān)自然條件與光伏發(fā)電功率相結(jié)合，找到存在的規(guī)律，從而為后期的實(shí)際運(yùn)用提供相關(guān)數(shù)據(jù)的支持。其次通過相關(guān)的數(shù)據(jù)來找到安裝光伏電源的最佳位置，減少外來因素對(duì)于光伏電源的影響，提高光伏電源在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性。最后需要進(jìn)行電能的儲(chǔ)備。對(duì)發(fā)電過程中電能不穩(wěn)的情況，需要運(yùn)用儲(chǔ)備好的電能進(jìn)行補(bǔ)給，從而實(shí)現(xiàn)電能的穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率。

3.2???? 提高電能質(zhì)量

供電單位要提高電能的質(zhì)量，必須要提高電能的監(jiān)管工作。相關(guān)人員在并網(wǎng)之前，對(duì)每個(gè)光伏電源的接入點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合性管理。通過對(duì)接入點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量的綜合性管理實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的檢測。在檢測的過程中，如果發(fā)現(xiàn)諧波或者是電壓波動(dòng)，相關(guān)的技術(shù)人員可以迅速采取措施，從而加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的控制。

3.3???? 改善孤島效應(yīng)

改善孤島效應(yīng)的方法可以通過檢修手段對(duì)孤島效應(yīng)進(jìn)行檢測。當(dāng)電網(wǎng)在斷電之后，可以使用被動(dòng)式檢測法對(duì)逆變器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行檢測，從而找到存在的問題，如果在輸出功率以及負(fù)載功率之間有較大的差距，那么就存在孤島效應(yīng)。相關(guān)人員也可以采取主動(dòng)式檢測或者是主動(dòng)式與被動(dòng)式檢測相結(jié)合的手段，找到其存在的問題。解決孤島效應(yīng)需要相關(guān)人員對(duì)常見共性問題的總結(jié)，從而有效預(yù)防問題的產(chǎn)生，減少孤島效應(yīng)的發(fā)生。

4?? 結(jié)語

隨著化石能源的快速消耗和人們環(huán)保意識(shí)的提高，新能源開發(fā)受到了全世界的重視。中國的新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平走在世界前列，但仍存在阻礙新能源產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的問題，需要加強(qiáng)技術(shù)人員培養(yǎng)，改進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)，借助其他行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)，解決發(fā)電過程產(chǎn)生的可能影響電網(wǎng)安全的問題。在發(fā)展新興技術(shù)的同時(shí)，要拓寬新能源產(chǎn)品的市場，凸顯新能源的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊曉凱.光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響與對(duì)策[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（04）：94-95.

[2] 張一飛.光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)接入電網(wǎng)穩(wěn)定性影響的研究[D].天津：天津大學(xué)，2018.