光伏發電入網對電力系統的影響

引言：本文采取了變步長追的戰略保證光伏發電系統能獲得最大的輸出功率。把單獨的光伏系統進行并網的結果會導致電網的電壓和頻率發生變動。為了避免這種情況的發生，并且能夠充分發揮其高效、無污染、可再生的特性，本文提出將光伏發電并網系統的原理和特點進行了詳細分析，闡述了光伏發電對電網造成的主要影響，以及闡述這些影響的主要原因。

一、前言

隨著社會經濟的進步，對于能源的需求日趨緊張，如今煤炭和石油資源都在大規模開采，隨著時間的延長這些不可再生資源都會面臨枯竭，這也就代表著全國經濟將會陷入困境。同時這些不可再生資源的使用會排放出一些有害氣體，這些有害氣體的出現直接對大氣層造成破壞，當今全球溫度變暖就是由這些溫室氣體的排出造成的。所以針對當今全球環境問題的出現，各國都在研究新型能源，希望可以取代不可再生能源的利用，其中包括水能、風能、核能、潮汐能、太陽能等。本文著重介紹下對于太陽能的利用，光伏發電并網技術的組成以及優勢，同時會對電力系統造成哪些影響。

二、光伏發電的發展歷程

隨著科學的發展對資源利用的改革，從開始使用太陽能開始到現在已經有了近十幾年的發展，并且平均增長率保持在15%，持續對光伏的利用已經是一個趨勢，20世紀90年代后對這一領域的研究達到了另一個高度，已經平均增長高于30%了，1999年的時候對光伏組件運行達到了200MW。各國家對這一行業都在進行著研究，并且投入資金和精力來研發新技術，爭取運用全自動化程序運行減少人員使用來降低成本，現在這一領域已經取得了很大進展。世界對這一領域的研究和調查后發現2011年的光伏發電裝機已經達到了17.7GW，比去年增加了近67.4GW，由于能源日趨緊張，對光伏新能源的利用已經成為世界第三大新能源。我國的光伏電網截止到2012年9月已經達到271萬kW，發電量25.2億kW，這一結果代表著我國的光伏產業已經迅速發展。對于光伏的研究還在進行，與12年10月26日又起草了新的方案，這一方案解決了大眾存在的問題，還會開放一些免費項目，針對多于的電量進行回收，這新方案的發布代表著我國的光伏產業又進步了。

三、大容量光伏發電并網系統的組成

1.光伏陣列

光伏發電是利用光生伏大效應將光能轉化為電能，單個的光伏電池因為其輸出的電壓和電流都不能達到標準，并且功率太小，所以導致了其并不能在大規模的發電中得以應用。因為這個原因，通常狀況下是多個光伏電池通過串聯、并聯將其整合成陣，通過這種方式來獲得能夠符合標準的發電裝置。

在這當中，VPV所表示的是光伏陣列陣的輸出電壓;IPV用來表示光伏陣列的輸出電流;其次Iph表示光生電流源電流;而Is是二極管的飽和電流;q用以表示電子電量常量，為1.602e-19C;而k為玻爾茲曼常數，為1.38e-23J/K;T表示光伏電池工作的絕對溫度值;A為二極管特性擬合系數，把數值控制在了在1～2之間;還有Rs為光伏電池串聯的電阻，Rsh為光伏電池并聯電阻，而NS表示串聯的電池數和NP為并聯的光伏電池數。

2.斬波器

在采用雙級并網的過程中，為了滿足后續逆變器輸入電壓的的范圍要求，必須采用斬波器來實現直流電壓的升降。由于光伏列陣的輸出電壓是低于要求的，所以通常情況下都是采用了升壓斬波器。

3.逆變器

光伏發電系統中，逆變器的作用不僅僅是把直流電能轉換為交流電，同時也起著改善輸出性能的作用。由于pwm類型的逆變器的電路相對簡單，同時輸出電壓的波形諧波含量相對較小，因此在選用逆變器的時候通常來選擇PWM式，這是由PWM調制的工作原理決定;P代表調制度，表示逆變器控制系統的調制信號;VAC代表逆變器交流側基波線電壓有效值;VDC表示逆變器直流側電壓，雙級式光伏發電系統中，即為斬波器輸出電壓。

四、大容量光伏并網發電原理與特點

1.大容量光伏并網發電原理

太陽能光伏發電的主要原理就是根據光生伏打效應，利用太陽能電池板對光子進行吸收，從而會有電動勢的產生，這樣就可以進行發電過程。對于大容量的光伏發電站，整個系統的組成就是一個集群，在這個集群中的逆變器是并聯使用的，這樣就可以保證每個逆變系統之間的單獨運行，根據運行狀況的不同，各臺逆變器和變壓器可以有多種投運方案，進而解決了在低日照情況下變換效率的問題。

2.大容量光伏發電的特點

太陽能是可再生的能源，也是清潔能源之一，但是在光伏發電過程中經常會受到環境溫度、太陽光照射強度等多方面的影響，所以光伏并網發電最大的特點就是隨機波動性。無論分布式還是集中式發電，光伏并網系統都會有削弱峰值負荷的特性，這是太陽能發電相對風能發電的一個優勢，這樣也可以確保太陽能所轉換的電能存儲到存貯器內，所以說在未來很長一段時間內，光伏并網發電技術將會是一個重要能源趨勢。

五、光伏發電入網對電力系統的影響

1、負荷峰谷對電網的影響：目前來說，光伏并網發電的方式暫時不具備調峰和調頻的能力，這就造成了在早晚兩個用電的高峰期將會對并網發電系統產生了巨大的沖擊。所以仍然需要大量的傳統發電系統的旋轉發電機來保證用電高峰能夠正常供電。

2.晝夜變化帶來的影響：時差以及季節變化都會對于電網產生非常明顯的影響，陽光照射所出現的周期性變化仍然導致電網裝機容量有著較高水平的需求。

3.氣象條件的變化帶來的影響：當光伏并網在一個城市形成一定的規模時，如果出現地理現象突變的情況發生，城市電網仍然能夠為其提供能夠滿足其需要的區域性旋轉備用機組來調控并網發電，但是在這種情況下，必然造成會付出大量的經濟代價來維持其正常運行。

4.遠距離光伏電能輸送帶來的影響：目前，已經驗證了建立光伏發電網，并且遠距離的進行電力輸送已經完全可行，但是，目前存在的問題是光伏并網發電并沒有旋轉慣量、調速器及勵磁系統，所以仍然存在著不穩定的問題，如果采取光伏并網的形式來實現高壓送電，這將會給與光伏發電直流輸電系數相鄰的交流系統帶來穩定和經濟問題，而專門用于光伏并網發電的輸電線路，由于負荷率低下，顯得很不經濟。

參考文獻

[1]李春鵬，張延元，周封.太陽能光伏發電綜述[J].電工材料，2006。

[2]"毛亮.我國發展太陽能光伏發電的必要性及技術分析[J].科技傳播，2011。

[3]"連瑞瑞.太陽能光伏并網發電系統研究[D].鄭州：河南農業大學，2012。

（作者單位：國網山東巨野縣供電公司）