關(guān)于降低大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響的研究

鄭彪

（大唐青海能源開發(fā)有限公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

0 引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使越來(lái)越多的能源被消耗殆盡，尤其是一些發(fā)電資源的消耗和浪費(fèi)，嚴(yán)重違背了我國(guó)可持續(xù)性發(fā)展的戰(zhàn)略。因此，為了保證電力能源的正常供應(yīng)，越來(lái)越多的人們開始把目光放在可再生能源的開發(fā)和應(yīng)用上，以期緩解我國(guó)電力能源短缺的問(wèn)題。光伏發(fā)電作為一種清潔型能源應(yīng)用技術(shù)，逐漸被人們所關(guān)注和重視。然而，隨著光伏發(fā)電規(guī)模的日益擴(kuò)大，其發(fā)電過(guò)程不可避免地出現(xiàn)了一些問(wèn)題。其一，大規(guī)模的光伏發(fā)電會(huì)造成電壓的不穩(wěn)，這不僅會(huì)影響輸電的質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)使電網(wǎng)的輸出功率發(fā)生改變。想要避免出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的問(wèn)題，需要確保光伏發(fā)電和電網(wǎng)的負(fù)荷相吻合。然而，在大規(guī)模光伏發(fā)電的過(guò)程中，會(huì)經(jīng)常性地出現(xiàn)電壓輸出功率和電網(wǎng)負(fù)荷不相同的情況[1]。其二，大規(guī)模光伏發(fā)電存在著電氣不穩(wěn)定的問(wèn)題，這一問(wèn)題的存在會(huì)造成電源運(yùn)用不穩(wěn)定的情況，容易造成電力系統(tǒng)故障。如果這些問(wèn)題得不到及時(shí)的解決和處理，必將影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，影響電力能源的可持續(xù)供給[2]。面對(duì)此種情況，本文從五個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析和說(shuō)明，希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響的研究提供一些有用的參考。

1 采用大規(guī)模光伏發(fā)電的新型輸電技術(shù)

隨著光伏發(fā)電在電力系統(tǒng)當(dāng)中所占比重的日益增大，如何降低大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響逐漸成為人們所關(guān)注的重點(diǎn)。大規(guī)模的光伏發(fā)電，尤其對(duì)于無(wú)功電壓方面的影響是比較巨大的。要知道，在無(wú)特殊情況下，大規(guī)模的光伏發(fā)電需要在海拔較高且日照充足的地區(qū)進(jìn)行，而這些地區(qū)往往人口的數(shù)量較少，一般情況下對(duì)于電力的需求也不大。因此，多數(shù)情況下不會(huì)出現(xiàn)電力超負(fù)荷的情況出現(xiàn)。然而，為了滿足其他地區(qū)日益緊張的用電需求，這些對(duì)電力需求較少的地區(qū)，往往會(huì)將電能進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸送，而在輸送的過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)一定的電力波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)的平衡性造成一定的影響。另外，受技術(shù)水平的限制，大規(guī)模的光伏發(fā)電會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)中的電壓質(zhì)量造成一定的影響，甚至還會(huì)造成電壓幅值的超限，進(jìn)而威脅電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了有效改變這一現(xiàn)狀，需要更新光伏發(fā)電的輸電技術(shù)，采用新型輸電技術(shù)。

舉例來(lái)說(shuō)，為了改善電能遠(yuǎn)距離輸送過(guò)程中可能出現(xiàn)的電力波動(dòng)問(wèn)題，一方面，可以巧妙地利用配備有FACTS 裝置的交流輸電技術(shù)，借此來(lái)推動(dòng)電力系統(tǒng)的升級(jí)。比如，可以在一些海拔較高且日照充足的地區(qū)廣泛安裝多種類型 FACTS 裝置，以此來(lái)不斷提升對(duì)外輸送電力的能力[3]。另一方面，則可以廣泛采用新型的直流輸電技術(shù)，從而有效整合各種可再生發(fā)電能源，以期解決我國(guó)地區(qū)發(fā)電能源不平衡和不穩(wěn)定的問(wèn)題。比如，鼓勵(lì)和引導(dǎo)更多的地區(qū)廣泛使用以新型直流輸電技術(shù)為主的輸電技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況來(lái)做出調(diào)整和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)直流輸電模式的補(bǔ)充和發(fā)展。

2 采用光伏發(fā)電電廠所規(guī)劃的設(shè)計(jì)技術(shù)

電能質(zhì)量是相關(guān)電力企業(yè)賴以生存和發(fā)展的基石，只有維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定且正常的運(yùn)行，才能擴(kuò)大電力系統(tǒng)的容量，促進(jìn)電力系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的改變。如果電能質(zhì)量得不到良好的保障，不僅會(huì)增加電網(wǎng)的控制難度，同時(shí)也會(huì)影響用戶的用電體驗(yàn)，給諸多用戶造成不便。為了有效應(yīng)對(duì)和解決這一問(wèn)題，需要分析和研究影響電能質(zhì)量的原因是什么，并在此基礎(chǔ)上聯(lián)系光伏發(fā)電電廠，采用光伏發(fā)電電廠所規(guī)劃的設(shè)計(jì)技術(shù)，以此來(lái)解決電能質(zhì)量不穩(wěn)定和缺乏可靠性的問(wèn)題。

舉例來(lái)說(shuō)，在整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)筑過(guò)程中，光伏發(fā)電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)問(wèn)題是重中之重，只有解決光伏發(fā)電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)問(wèn)題，才能保證電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。其一，需要解決光伏發(fā)電站的安裝地點(diǎn)選擇問(wèn)題。因?yàn)楣夥l(fā)電依靠的是太陽(yáng)能，因此，在建立光伏發(fā)電站時(shí)，其地點(diǎn)的選擇應(yīng)該在海拔高且受光照充足的地區(qū)。其二，則需要解決光伏發(fā)電站的安裝容量問(wèn)題。光伏發(fā)電站的容量規(guī)劃主要有獨(dú)立光伏系統(tǒng)、混合光伏系統(tǒng)等，為了保證電能質(zhì)量，需要做到因地制宜，綜合考慮。其三，則需要解決光伏發(fā)電站的規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程中所存在的投資時(shí)間和投資成本問(wèn)題。在此過(guò)程中，需要建立工程壽命周期內(nèi)系統(tǒng)的投資成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本以及重置成本的經(jīng)濟(jì)模型，并通過(guò)計(jì)算分析，進(jìn)而找出性價(jià)比最高的模式[4]。其四，光伏發(fā)電站的規(guī)劃設(shè)計(jì)需要滿足安全性高、可靠性強(qiáng)、高效的原則，為此，在選擇光伏發(fā)電設(shè)備時(shí)，盡量不要貪圖便宜，應(yīng)當(dāng)選擇一些性價(jià)比高、質(zhì)量好、使用年限久的設(shè)備。其五，則需要從光伏模塊和逆變器模塊的使用數(shù)量、光伏模塊的安裝傾角以及光伏模塊和逆變器的最優(yōu)組合入手，著重解決光伏發(fā)電所存在的電能質(zhì)量問(wèn)題。

3 采用以光伏消納為主的綜合規(guī)劃技術(shù)

與其他發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電不僅污染較少，不需要電能的存儲(chǔ)，而且在釋放電能的過(guò)程中，能耗較少，運(yùn)用率高，能夠有效保證人民群眾日常的用電需求。隨著光伏發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用，是用電的安全逐漸成為了人民所關(guān)注的重點(diǎn)。如何更好地保證電力系統(tǒng)正常的運(yùn)行是電力企業(yè)加強(qiáng)光伏發(fā)電安全管理和質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。就電網(wǎng)規(guī)劃而言，針對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電，倘若不運(yùn)用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)設(shè)施來(lái)加強(qiáng)對(duì)配電系統(tǒng)的保護(hù)，必定會(huì)影響用電的安全。而采用以光伏消納為主的綜合規(guī)劃技術(shù)，能夠有效改變和解決大規(guī)模光伏發(fā)電過(guò)程中可能存在的用電不安全的問(wèn)題。

舉例來(lái)說(shuō)，一方面，需要合理采用以光伏消納為主的綜合規(guī)劃技術(shù)。在此過(guò)程中，需要切實(shí)加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)高壓電網(wǎng)的建設(shè)，并在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)區(qū)域電網(wǎng)的跨省合作，做好特高壓直流在內(nèi)的跨區(qū)外送通道的規(guī)劃工作，從而有效提高輸電通道的利用效率。同時(shí)還需要綜合考慮地區(qū)內(nèi)水電、風(fēng)電、火電等各類發(fā)電資源的配合，協(xié)調(diào)好運(yùn)行和外送，提高各個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的消納能力[5]。另一方面，則需要采用以光伏消納為主的精細(xì)化光伏預(yù)測(cè)技術(shù)。其中，需要以太陽(yáng)能資源的預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)，進(jìn)而預(yù)測(cè)光伏發(fā)電功率；還可利用天氣預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)直接對(duì)光伏電站的輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 采用光伏消納的有功或無(wú)功控制技術(shù)

對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能是經(jīng)過(guò)變壓器和逆變器而直接轉(zhuǎn)入電力系統(tǒng)的。在此種形式下，所產(chǎn)生的電能是具有一定波動(dòng)性的，而這種波動(dòng)性難免會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)原有的電網(wǎng)通道造成一定的影響，比如，造成電網(wǎng)通道傳輸功率的下降或使電力系統(tǒng)的等效慣量減小等。由光伏發(fā)電系統(tǒng)引起的這種問(wèn)題會(huì)造成電網(wǎng)功能穩(wěn)定性出現(xiàn)變化，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了有效改變這一現(xiàn)狀，需要對(duì)現(xiàn)有的電力控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，盡量選擇采用光伏消納的有功或無(wú)功控制技術(shù)來(lái)保持光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

舉例來(lái)說(shuō)，為了解決光伏發(fā)電在并入電網(wǎng)后所造成的電網(wǎng)有功、無(wú)功運(yùn)行難以有效控制的問(wèn)題，可以從幾個(gè)方向來(lái)展開。其一，需要著重分析和研究當(dāng)前光伏電站和調(diào)度主站的實(shí)際建設(shè)情況，根據(jù)用電的現(xiàn)實(shí)需求加快有功頻率控制和無(wú)功電壓控制系統(tǒng)的構(gòu)建。其二，則需要建立和健全光伏發(fā)電數(shù)據(jù)采集通信機(jī)制，提出能夠有效滿足當(dāng)前光伏發(fā)電需求的有功或無(wú)功控制模式和方式，以此來(lái)建立起較為完善的光伏發(fā)電信息搜集和處理系統(tǒng)。其三，則需要更新電力系統(tǒng)，將光伏發(fā)電納入電力系統(tǒng)當(dāng)中，著重實(shí)現(xiàn)調(diào)度主站對(duì)光伏電站的有功、無(wú)功閉環(huán)控制，提升大規(guī)模光伏接入后的頻率、電壓質(zhì)量以及發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)然，在此過(guò)程中，還需要確保光伏發(fā)電信息的實(shí)時(shí)性，以此來(lái)保證光伏發(fā)電信息能夠及時(shí)地傳遞，切實(shí)做好發(fā)電系統(tǒng)的把控工作。

5 結(jié)論

綜上所述，大規(guī)模光伏發(fā)電的普及和推廣，不僅迎合了我國(guó)節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略目標(biāo)，同時(shí)對(duì)于增強(qiáng)人民群眾的環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)電力企業(yè)的變革和電力系統(tǒng)的升級(jí)換代有著積極有力的影響。為此，為了降低大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，保證其正常的運(yùn)行，不僅需要正視光伏發(fā)電在電力能源供給當(dāng)中的重要性，而且還需要積極尋求和探索科學(xué)且可行的光伏發(fā)電模式，在掌握光伏發(fā)電的特征和優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，提高光伏發(fā)電的技術(shù)水平，切實(shí)做好電能的供給和服務(wù)工作。當(dāng)然，在此過(guò)程中，還需要靈活使用新型發(fā)電技術(shù)，以此來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。