關于光伏并網發電系統對電網的影響及相關需求的研究

白楊?竇金延?趙冠?徐洪祥

摘 要：當前，光伏發電發展前景良好，光伏并網發電系統的應用領域在不斷擴大。由于光伏并網發電具備投資低、無污染、發展較快等優點，因此，光伏并網發電系統的應用廣受追捧。雖然光伏發電具備諸多優點，但是其自身的局限性制約了它的發展。本文主要對光伏并網發電系統接入電網后對配電網的影響展開了論述，并分析了系統接入電網產生的相關需求。

關鍵詞：光伏并網發電系統;安全穩定性;配電網;相關需求

現階段，光伏并網發電系統較容易受環境等因素的影響，從而導致發電量減少，這表明當前的技術和政策尚不完善。光伏發電并網發展中遇到的瓶頸，需要技術人員在研究和分析問題和技術創新中解決這些問題。光伏行業要嚴把產品的質量關，并科學的制定出各項入網標準。同時，電力部門也應完善電網建設，使太陽能的利用率提高。

一、對電網的影響

（一）供電質量問題

有用電能作為光伏并網發電系統提供的唯一電能，具有一定的局限性，如無功電流直接對電網末梢的供電質量造成影響。這時需要增加一些無功設備為供電作補償。早晚太陽輻射的變化也會對光伏發電系統產生很大的影響，這種情況降低了供電的穩定性。有關專家針對并網裝置的利用率問題，提出了一些改善光伏并網系統供電質量的方法，使光伏發電并網的經濟效益大大提高。下面將具體針對諧波、電壓、頻率等因素在光伏并網發電系統接入電網產生的質量問題展開論述[1]。

1.諧波

光伏逆變器雖然對改善無功電流的供電質量有較好的效果，但是光伏逆變器本身含有大量的電子元器件，因此，在實現直流逆變為交流的過程中會產生一些諧波，這時諧波污染對電網的危害是無法避免的。隨著光伏發電系統在電網中的使用范圍不斷增大，諧波污染逐漸引起了人們的重視，目前，人們正努力的尋求解決辦法[2]。

2.電壓和頻率

光伏并網發電系統存在的形式有兩種，這兩種形式影響了不但影響了電網的電壓質量與頻率質量，還影響了會對配電網和高壓輸送的控制力。光伏發電的形式存在一定的隨機性，因此會導致系統經常性的頻率波動，這就需要系統本身配備其他的輔助設備對其進行調控。

（二）孤島效應帶來的問題

一旦與光伏并網發電系統連接的電網線路發生故障或事故，需要停下來檢修，系統與電網不得不分離開來，但是光伏并網發電系統不會停止，它還會繼續向所帶負載供電，從而使系統成為不受控制的供電孤島。這種情況下，供電公司也無法掌控的光伏發電系統，并因此形成孤島效應，這會造成配電網系統及用戶端的損害[3]。

（三）可靠性與穩定性問題

在光伏并網發電系統接入主網后，對供電系統的穩定性及可靠性造成一定的影響，主要體現在以下三方面。

1.我們已知光伏發電系統發電量具有一定的波動性和隨機性，這對輸出功率的穩定性影響較大，因此，導致光伏并網發電系統供電的可靠性降低。

2.由于光伏電站選址、配置容量及電網連接的方式不同，因此影響了系統的可靠性。同時切除故障光伏電池組件等操作也會影響系統的可靠性[4]。

3.光伏發電系統在運行時，投入量越多，所占的發電容量比例越高，對系統的動態穩定性影響越大，因此，對電網供電的穩定性影響較大。

（四）電網效益問題

因為光伏發電系統發電形式的特殊性，所以系統接入電網后，在電網的效益方面帶來一些影響，具體體現在以下兩個方面：第一，光伏并網發電系統本身沒有調峰和調頻的能力，因此在早、晚用電高峰時段產生的負荷對電網造成很大的沖擊;第二，隨著光伏發電的大量投入，使得負荷預測的難度增加，這在一定程度上增加了電網規劃的不確定因素。

由于光伏并網發電系統分為兩種形式運行，同時受到自身特性的影響，所以系統接入配電網時，會導致較多問題的發生，因此要求重新考慮各種補充設備、繼電保護設備的使用。

二、對電網仿真分析和計算的需求

（一）對配電網仿真分析和計算軟件的新需求

光伏并網發電系統后，配電網的潮流計算過程有了一些新的變化，因此對配電網有了一些新的需求。

1.根據氣候條件確定系統典型方式數量

由于光伏并網發電系統的發電量受到氣候因素的影響，所以要求操作人員要準確把握電網運行時的各種特性。地級或縣級調度部門要做好典型方式數量顯著增加的準備。當地相關部門建立區域內的氣候條件的數據庫，如不同季節、不同時段及特殊情況下的氣候因素及數據等。根據統計的系統裝機容量與實際所發電量的有關數據，并結合氣候數據內容，確定所需的系統典型方式數量。

2.制作抽潮流計算軟件模型

目前潮流計算軟件中缺少能計算光伏并網發電系統特點的模型，建議開始該模型的研究工作。計算模型的功能應包括：第一，反映日光強度等氣候因素對光伏并網發電系統的發電量的實施變化;第二，反映不同年份的太陽能電池的效率;第三，反映光伏逆變器的功率因數。

（二）對大電網仿真分析和計算軟件的新需求

大電網仿真分析和計算軟件需要加強發電系統穩定性的考慮。光伏并網發電系統大量運行時，必然影響系統頻率和電壓的穩定性。未來太陽能功率可能較為集中的送入高壓電網，但是受到地理、經濟等多種條件的制約，光伏發電的容量在大電網中所占的比例仍是有限的。因此，建議研究人員要仔細分析光伏并網發電系統的逆變過程。根據所研究問題的實際需要，可以簡化某些外部系統，或使其與系統等值。

（三）評估電網內諧波含量對仿真軟件的需求

隨著光伏并網發電系發電量總占比的升高，諧波污染的概率和影響將會進一步加大，因此，要在仿真分析配電網及高壓電網的過程中添加對電網中諧波含量的評估項目。因此，研究人員應在電磁暫態模型軟件基礎上，對系統入網后電網的如何實現安全穩定的運行產生進行研究。

結束語：光伏發電作為一種新興的能源形式有著廣闊的發展前景。雖然光伏并網發電已經取得了一定的成績，但是仍然存在較多的問題，對配電網系統仍有一些不良影響。今后對光伏并網發電系統的研究應該進一步深入，并不斷探索改善光伏發電現狀的有效方法，從而促進光伏發電實現更好的發展。

參考文獻：

[1]張國榮，張鐵良，丁明，等. 具有光伏并網發電功能的統一電能質量調節器仿真[J].中國電機工程學報，2012（7）：82-86.

[2]王成山，王守相. 分布式發電供能系統若干問題研究[J]電.力系統自動化，2011（20）：1-4.endprint