光伏發電并網面臨的問題分析

馬可衛

摘要：本文首先分析了光伏發電面臨的問題：如何有效利用仿真手段對光伏發電系統并網進行研究;光伏系統對整個電力系統影響的問題;配電網規劃所面臨的新問題;光伏發電系統并網帶來的整個電網的控制問題，然后歸納了提升以及解決對策：構建光伏發電系統的研究實驗與驗證環境;深入研究光伏發電系統及微網與大電網相互作用的機理;健全光伏發電接入公共電網的技術標準與規范，最后簡要分析了光伏發電在施工之中為了控制質量需要采取的措施：建設場地的清理、平整;方陣及逆變器室設計優化;支架安裝質量控制要點。

關鍵詞：光伏發電;并網;問題

引言

目前，比較多的相應的光伏發電的設備需要進行并網，使得并網的運行能夠充分的而且有效的得到相應的提升。光伏發電并網的需要，應該相應在經濟政策和法律法規上進行一定程度上的完善，但是本文并不試圖探討這個的不完善，需要在忽略此技術層面上，探討相應的光伏發電系統接入大電網后2部分都能安全高效運行這一重大問題，也是決定光伏發電技術能否大規模工業化應用的關鍵。

光伏發電系統目前可以區分為離網光伏發電系統以及相應的并網型發電系統，其中并網型發電系統有著比較明顯的優勢。在投資的金額之上，其中并網光伏發電系統能夠比離網發電系統金額占用比較少，將近少25%。其中將相應的光伏發電的系統能夠做成微網的形式后接入到比較大的電網之中進行并排運行，從而最終實現與大電網互為支撐的目的。

目前，一般而言，光伏發電系統并網與其他分布式發電系統并網給大電網帶來的問題可能相同。因此，筆者認為可以借鑒其他分布式電源并網方面的研究成果，但仍然有必要研究光伏發電系統電網并網后大電網可能面臨的問題及對策。

一、光伏發電面臨的問題

（一）如何有效利用仿真手段對光伏發電系統并網進行研究

電網的研究建設過程之中仿真手段比較關鍵的方法。因為光伏發電系統自身有著比較特殊的特點，所以為了能夠合理及正確的對光電系統進行建模，可以利用仿真手段對光伏發電系統并網進行研究是光伏發電系統面臨的重要問題之一。

在比較傳統的電力系統的分析以及檢測研究方法之中，對于光伏發電的系統不能夠有效的進行相應的研究以及改善。更難以完成光伏發電系統的運行控制、規劃任務，因此應根據光伏發電系統的特點，開發良好的仿真軟件，這樣才能夠有效實現對光伏系統穩態和暫態的分析，研究光伏發電系統對大電網進行作用的機理及各種復雜擾動行為，這些都有助于研究光伏發電系統并網電網后的控制及光伏發電系統本身的規劃問題。

（二）光伏系統對整個電力系統影響的問題

在一般情況下，光伏發電系統都是通過微電網并入大電網中的，微電網通常存在著多種運行的狀態，其中光伏發電網系統在一定程度上以分散的狀態進行相應的運行以及發展的時候，使得功率是以雙向流動的方式出現的。在大電網的故障完成消除之后，通過相關的并網控制即可實現大電網對微網的有效容納和并入，使得微網從新進入并網狀態。

此種方式與比較傳統的電網系統比較而言，光伏發電系統的特性有很大差別，并且相應的單個光伏發電系統在進入到電網后功率比較小，但由于光伏發電系統的接入點較多，因此當光伏發電系統大量接入電網后，其與整個電網之間的相互作用將是非常復雜的，并且可能對于整個電力系統的運行的特質都會有所影響。對光伏發電系統并入對整個電力系統的影響及整個電網運行機理進行分析，有助于有效控制光伏發電系統并入電網的時間，容量，使光伏發電系統取得最佳的經濟效益。

（三）配電網規劃所面臨的新問題

配電網在接納光伏發電的整個系統之后，整個配電網的角色都會發生變化，也就說，整個電網從單一的電能分配角色轉變為了整體的電能收集者角色，整個配電網將成為電能傳輸、分配和收集于一體的新型配電電能交換系統。光伏發電系統會一定程度上影響著配電網的自身的電能質量，如帶來嚴重的電壓閃變，諧波及污染等問題，這就對配電網規劃提出了新的要求。

因此，對于光伏發電系統在接入配電網之后，如何進行整個配電網的合理規劃，是比較關鍵而且值得深思的問題。其中，如果不能對整個光伏發電系統進行有效而合理的利用，則還有可能對整個配電系統造成嚴重的影響，導致光伏系統的建設和使用問題更加突出，嚴重影響所接入配電網的母線電壓、電流和電網潮流，對整個配電網的供電可靠性造成嚴重影響，因此光伏發電系統并網對配電網規劃帶來了新的挑戰。

（四）光伏發電系統并網帶來的整個電網的控制問題

由于光伏發電系統具有不穩定性，其將使所接入的整個配電網短期的負荷預測不準確，這就導致傳統的電網運行及計劃難度的增加，致使配電網難以進行斷面交換功率的控制。電力系統接納光伏發電的系統之后，配電網中電源點的數量多，但是此種電源點分布比較散，而且電源的協調比較難以控制與協調，常規的電壓及無功補償方法都將難以適用。這就比較大程度上地影響了配電網的安全備用、網絡調峰、安全備用以及頻率穩定的問題。

（五）無功補償問題

光伏并網逆變器存在一定的無功消耗，所以應配備一定的無功補償裝置以具備無功調節能力，來保證電站功率因數和高壓側母線電壓保持在合理的范圍內。特別是對于功率因數比較高（不小于0.98）的光伏并網發電系統，更需要進行有效的無功補償，從而實現無功的分層分區以及就地平衡，以減少光伏發電接入時對電壓的影響，另外還可以降低線損，保證逆變器的正常運行，例如，光伏發電系統以10kV電壓等級接入系統，則lOkV側的功率因數在0.85～0.98范圍內，通常應按裝機容量的609配置無功補償裝置。為了檢測無功電流并進行補償，闡述了一種基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測方法，并可以和諧波電流的檢測相結合，將兩者的檢測值相加后作為補償電流參考值，同時完成對無功補償和諧波抑制兩項功能。

（六）孤島效應

當系統供電因事故、故障或者停電維修而停止時，各用戶端的光伏并網發電系統有可能與周圍的負荷構成一個電力公司沒辦法掌握的自供給供電孤島，這給檢測人員帶來危險，即所謂的孤島效應。孤島效應會對整個電網造成許多危害，為了防止孤島危害的出現，防孤島保護必不可少，主動式和被動式保護各有優缺點，因此光伏系統里應設置至少各一種防孤島效應保護，當電網失壓時，要求防孤島效應保護應在2s內動作，斷開與電網的連接。

因此，當光伏發電系統大規模地接入配電網后，將大大削弱常規電源對整個配電網的控制能力，為整個配電網的安全穩定帶來巨大的隱患和新的安全問題。

二、提升以及解決對策

（一）構建光伏發電系統的研究實驗與驗證環境

1.為了能夠更好的加強對于光伏發電系統的研究以及控制，需要認真分析了實際的光伏發電系統，基于光伏發電系統的自身的特性，從而建立好光伏發電系統的相應的動態和靜態的模型，并與實際光伏發電系統及其控制器的靜態特性和動態性進行比較。

2.光伏發電系統對大電網安全穩定影響的仿真實驗環境。在進行光伏發電系統建模研究的基礎上，需要科學合理建立比較合適的光伏發電系統并網的典型案例，包括典型光伏發電系統、光伏發電系統典型運行方式、典型并網方式、典型故障場景、典型控制措施等。

（二）深入研究光伏發電系統及微網與大電網相互作用的機理

當大量光伏發電以微網形式接入大電網后，微網與大電網間的相互作用將十分復雜，對大電網的運行特性產生重要影響，而對于這種影響的分析則需要以全新方法為基礎。配電系統的安全穩定問題完全是由于微網的存在而提出的，其分析方法可能與高壓電力系統截然不同。研究目的是要揭示出微網與大電網相互作用的本質，發展相關理論和方法，為含微網配電系統的穩定分析與控制奠定理論基礎。

（三）健全光伏發電接入公共電網的技術標準與規范

研究并網光伏發電系統的技術參數和控制特性及承受大電網擾動能力的技術要求與標準，研究光伏發電系統并網的規模、接入電壓等級、無功配置和電能質量等方面的技術標準，研究大電網接納光伏發電系統應具備的條件等技術標準與規范。健全光伏發電接入公共電網的技術標準與規范，將有利于引導與規范光伏發電等新能源分布式發電系統有序接入大電網，確保這些新型發電系統及其控制設備不會對大電網的安全穩定運行造成危害。

三、光伏發電施工的注意事項

（一）建設場地的清理、平整

平整的場地利于施工，支架的安裝要求地勢盡量平緩、坡度一致，如果地勢較短距離內起伏較大，或有垂直落差，嚴重影響支架的安裝質量，甚至支架無法安裝，因此對于山地光伏建設，平整場地是支架安裝質量控制的關鍵和前提。

（二）方陣及逆變器室設計優化

布置在較平坦的場地，為節省電纜量，逆變室布置應盡量在方陣的中央，且布置在道路旁，因此逆變室布置要與道

路布置綜合考慮。逆變室與箱變的位置距離多少合適，一般距離1m 左右可省電纜，但逆變室于箱變基礎之間必須采用電纜溝連接，造成逆變室內防水效果不好，建議采用較遠的距離如2～3m。

（三）支架安裝質量控制要點

施工時，一般在安裝斜梁時用拉線來找平。相鄰支架的高差，在實際施工時，若相鄰支架在同一個平面，通過拉線容易解決，若不在同一個平面，則較難控制，一般在支架安裝好橫梁后通過調整來解決，也可以在安裝斜梁時，先裝上部分檁條，再調整立柱高度來解決。

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