光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力調(diào)控影響的策略研究

高俊清

（國網(wǎng)宜興市供電公司，江蘇 宜興 214200）

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力調(diào)控的影響

隨著光伏發(fā)電建設(shè)規(guī)模加大，建設(shè)速度不斷加快，我國成為了全球最大光伏發(fā)電使用的市場，但光伏發(fā)電系統(tǒng)依然會影響著電力調(diào)控，需要采取有效的防控措施。

1.1 直接影響發(fā)電計劃

到目前為止，火力發(fā)電是我國最常使用的發(fā)電方式，即應(yīng)用煤炭、化石能源或其他物體來燃燒發(fā)電。雖然火力發(fā)電引起的污染問題比較嚴重，但實際的發(fā)電功率要高于光伏發(fā)電，同時也具備相對穩(wěn)定的電力。和火力發(fā)電相比，用光伏發(fā)電系統(tǒng)需要太陽光能的支撐。季節(jié)的更迭、空氣的濕度等環(huán)境因素都會對發(fā)電功率造成一定影響，光伏發(fā)電技術(shù)有著明顯的難以控制的特征。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)將直接影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，制約了光伏發(fā)電計劃的實行。光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成

1.2 直接影響無功電壓

光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行需要依靠太陽能光照，所以光伏發(fā)電系統(tǒng)具有不穩(wěn)定的特征。只要有足夠的太陽光照，光伏發(fā)電系統(tǒng)就可以產(chǎn)生大量的電能，因此，我國絕大部分的光伏發(fā)電站都建設(shè)在太陽能源充足的地區(qū)，如沙漠、高原和戈壁灘等，在一些居住人口不多的地方也會建設(shè)相應(yīng)的發(fā)電站。由于光伏發(fā)電站建設(shè)的位置比較偏遠，對電能的需求量不高，對此會出現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)容量極限的現(xiàn)象。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)需要足夠的光照，并且該系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能需要從偏遠地區(qū)運輸?shù)狡渌胤?，在電能運輸?shù)倪^程中，電能會產(chǎn)生一些變化，影響著電網(wǎng)的平穩(wěn)性，打破了電網(wǎng)系統(tǒng)無功平衡性[1]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及用途如表1所示。

表1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分類及用途

1.3 影響電能質(zhì)量

電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)管理工作中最為關(guān)鍵的部分，直接反映了電力企業(yè)的發(fā)展情況，也代表著電力企業(yè)的市場競爭能力，而光伏發(fā)電系統(tǒng)中的并網(wǎng)運行將直接關(guān)系著電能質(zhì)量。檢測電網(wǎng)中電能質(zhì)量的最佳方式是檢測電力系統(tǒng)中的波形、頻率以及電壓。相比于傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)使用的電能質(zhì)量檢測方式仍然存在一些不可避免的問題，影響檢測方式的主要因素和光伏發(fā)電系統(tǒng)工作原理有一定聯(lián)系[2,3]。光伏發(fā)電系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理

假設(shè)光伏發(fā)電站正處于并網(wǎng)系統(tǒng)的運作狀態(tài)，則發(fā)電系統(tǒng)中的電力容量將不斷增加。由于連接光伏發(fā)電機的數(shù)量不同，原來的發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因而會讓控制電網(wǎng)中的潮流受到限制。一旦控制工作難度增加，便會不斷提升電力調(diào)控難度。如果光伏發(fā)電站的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處于運作狀態(tài)，其功率的變化也會損害電力系統(tǒng)。此外，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)中任何一個發(fā)電設(shè)備隨機啟動或停止，也會影響電力的運輸質(zhì)量，或直接降低傳輸中的電能質(zhì)量，最終影響用戶的用電效果[4]。

另外，諧波污染和電能質(zhì)量有最直接的關(guān)系。電力諧波和光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器相關(guān)，如果電力能源設(shè)備增多，所使用的電器功率變大，電能消耗也會逐漸增多，如果使用高功率電器的時間較長，則諧波污染概率就會越大，電能質(zhì)量也會受到影響。250 kW、500 kW及1 000 kW逆變器的技術(shù)參數(shù)比較如表2所示。

表2 技術(shù)參數(shù)比較（國網(wǎng)宜興市供電公司）

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展建議

2.1 優(yōu)化配網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

因為光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)負荷壓力將會影響整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，所以，在設(shè)計配網(wǎng)過程中，應(yīng)充分解析配電端的總負荷情況，根據(jù)實際情況優(yōu)化配網(wǎng)設(shè)計，以此提高電力調(diào)控工作效率。當光伏系統(tǒng)在運行時，可以采取相應(yīng)的傳感器采集電網(wǎng)下游相關(guān)信息，之后利用通信系統(tǒng)將這些數(shù)據(jù)上傳到電力調(diào)控系統(tǒng)中，通過云計算和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)功能，將會自動根據(jù)配電側(cè)的負荷數(shù)據(jù)，精準把握光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入方式，從而提高配電系統(tǒng)設(shè)計效率。

控制系統(tǒng)的建設(shè)方式是：在專業(yè)電力工作人員全面分析和調(diào)查的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，最終把分析的結(jié)果傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，并通過數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用，研究并學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，以此分析整個系統(tǒng)的運作情況，從而調(diào)整負荷上限參數(shù)當系統(tǒng)檢測到負荷數(shù)值超出范圍后，及時采取有效的線路設(shè)計方案，從而減少光伏發(fā)電系統(tǒng)的負荷。此外，可以積極應(yīng)用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，借助云計算技術(shù)等的支撐，在分析數(shù)據(jù)的功能上搭建完整的負荷變化數(shù)據(jù)庫，以此優(yōu)化系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型，提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析結(jié)果的客觀性和有效性[5]。

2.2 改善光伏發(fā)電系統(tǒng)容量設(shè)計

對于光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的設(shè)計，可以采取最有效的開關(guān)控制方法，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)向配電網(wǎng)提供的容量，以此確保系統(tǒng)運行時的平穩(wěn)性。當光伏發(fā)電系統(tǒng)容量上升后，將會提升配電網(wǎng)的電壓，一旦容量法超出標準數(shù)值，就會產(chǎn)生逆電壓的情況，嚴重損害了整個配電網(wǎng)的運行。對于這一問題，可以通過研究和分析電力負荷數(shù)據(jù)，把握配電網(wǎng)容量變化。同時在工作過程中，傳感器會深入解析整個系統(tǒng)的運作情況，一旦配電網(wǎng)電壓參數(shù)變化幅度較大，該系統(tǒng)將自行錄入和解析相關(guān)數(shù)據(jù)，全方位分析需要向系統(tǒng)接入的相應(yīng)容量，并且可以結(jié)合配電網(wǎng)的運作方式，控制光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大限度容量，準確控制電壓運輸?shù)钠椒€(wěn)性[6]。

2.3 完善無功補償系統(tǒng)設(shè)置

使用光伏發(fā)電系統(tǒng)可以進一步穩(wěn)定配電網(wǎng)的電壓變化，一旦系統(tǒng)容量不夠，或者為了提高電壓的穩(wěn)定性和精準性，就得安置相應(yīng)的無功補償系統(tǒng)。一般情況下，無功補償系統(tǒng)要24 h保持運行狀態(tài)，特別是沒有建設(shè)無光伏發(fā)電系統(tǒng)的地方，積極使用無功補償系統(tǒng)可以減少運行中產(chǎn)生的問題。在此系統(tǒng)上設(shè)置線損數(shù)值，同時有效使用調(diào)控系統(tǒng)，全方位解析無功補償系統(tǒng)能否進行投擲過程，在這樣的分析過程中，電力工作人員可以充分掌握系統(tǒng)運行情況，從而提升系統(tǒng)運行質(zhì)量。

2.4 加大對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分布的研究

因為光伏系統(tǒng)本身的問題會直接關(guān)系著電能質(zhì)量，對此需要全面研究光伏發(fā)電站的電網(wǎng)負荷問題、電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及電機容量，并在此基礎(chǔ)上調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分布。同時根據(jù)電力企業(yè)的發(fā)展實力設(shè)置開放式系統(tǒng)，增強系統(tǒng)監(jiān)控功能，根據(jù)實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的分析進行有效的規(guī)劃調(diào)整，以此提升電能質(zhì)量。分層分布的跨平臺開放式系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件構(gòu)架

3 結(jié) 論

經(jīng)濟社會的發(fā)展進一步推動了光伏發(fā)電技術(shù)的進步，與此同時也促進了電力調(diào)控能力的提升。在運行過程中如果光伏發(fā)電技術(shù)出現(xiàn)不穩(wěn)定和不可控的情況，不能只采取傳統(tǒng)的應(yīng)對方法，應(yīng)及時更新從前的工作方式，與時俱進，順應(yīng)時代，使用現(xiàn)代化處理方式。既要根據(jù)實際調(diào)控情況和發(fā)展趨勢制定實操性強的控制方案，不斷調(diào)整電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證該結(jié)構(gòu)的合理性和科學(xué)性，又要利用繼電器保護裝置以及科學(xué)的管理方式提高電力調(diào)控能力，促進光伏發(fā)電技術(shù)的創(chuàng)新和優(yōu)化。