淺析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響

任永浩,王 艷

（山東科技大學(xué),山東 青島 266510）

淺析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響

任永浩,王 艷

（山東科技大學(xué),山東 青島 266510）

目前，我國(guó)開(kāi)始使用大規(guī)模光伏進(jìn)行發(fā)電，但它產(chǎn)生的電能如果真正想要在生產(chǎn)生活中應(yīng)用，就必須進(jìn)入電網(wǎng)，但在多次實(shí)踐的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了并入后產(chǎn)生的一系列問(wèn)題，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行。文章主要從大規(guī)模光伏發(fā)電的含義與建模的角度分析其如何入網(wǎng)，以及造成的影響。

大規(guī)模光伏發(fā)電；電力系統(tǒng)；影響

0 前言

當(dāng)下，人們不得不面臨多種能源逐漸枯竭，自然與生態(tài)環(huán)境逐漸惡化的現(xiàn)狀，這也就造成可再生資源使用量不斷增加。在電力行業(yè)中，人們除了用傳統(tǒng)方式發(fā)電外，還會(huì)使用光伏發(fā)電，并且其占據(jù)的比例也在越來(lái)越多，從多方面影響電力系統(tǒng)。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的概述

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是指把已經(jīng)形成的電流傳送到電力系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)網(wǎng)逆變器與變壓器的傳輸，把電能轉(zhuǎn)到公共電網(wǎng)，過(guò)程中不會(huì)用蓄電池儲(chǔ)存電量[1]。因?yàn)楣夥l(fā)電形成的電能在電網(wǎng)中直接省略了蓄電池這一步驟，所以，其能量損耗較少，占中的空間要小于其他電力設(shè)施。現(xiàn)在，大規(guī)模的光伏發(fā)電產(chǎn)生的電流，都會(huì)并入到大的電網(wǎng)中，而并入后，由于光伏自身的傳送特點(diǎn)，每向外輸出功率，都會(huì)讓電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的電壓或短或長(zhǎng)，影響電流的傳輸。

2 大規(guī)模光伏發(fā)電入網(wǎng)的建模

光伏發(fā)電相對(duì)于其他發(fā)電方式來(lái)說(shuō)，有很大的優(yōu)勢(shì)，但因?yàn)楣夥姵卮嬖诘闹T多缺點(diǎn)，其在進(jìn)入電網(wǎng)后，會(huì)影響電網(wǎng)內(nèi)部的電壓穩(wěn)定，所以，就需要科學(xué)、客觀的分析其對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響[2]。下面就對(duì)光伏發(fā)電入網(wǎng)的建模逐一介紹：第一種是光伏電池及陳列模型。該模型創(chuàng)建時(shí)，是以單二模型為主要參考，再利用基爾霍夫原則，形成電路，讓理論公式簡(jiǎn)便化，最后把數(shù)學(xué)表達(dá)式作為該模型的表達(dá)公式，這個(gè)公式可以解決計(jì)算工程常見(jiàn)的問(wèn)題。第二種是換流器及內(nèi)環(huán)控制模型。換流器在分散電流時(shí)，會(huì)用內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩種方式對(duì)電流進(jìn)行控制，外環(huán)負(fù)責(zé)輸入電壓，讓內(nèi)環(huán)根據(jù)外環(huán)的電壓決定最終使用的并網(wǎng)方式；內(nèi)環(huán)根據(jù)外環(huán)形成的電壓確定輸入，再通過(guò)控制技術(shù)與環(huán)流器的使用，讓電流順利進(jìn)入電力網(wǎng)絡(luò)。第三種是光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)模型。通常情況下，想要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)模型，必須把多個(gè)狀態(tài)方程變換成組，與逆變器以及MPPT的方程聯(lián)立，從而創(chuàng)建系統(tǒng)模型。第四種是光伏發(fā)電系統(tǒng)模型。它是以動(dòng)態(tài)模式的理論為基礎(chǔ)，創(chuàng)建的平臺(tái)，它采用了很多仿真手段，對(duì)電流的入網(wǎng)進(jìn)行控制。

3 大規(guī)模光伏入電對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的影響

3.1 有頻功率特性

光伏發(fā)電在傳送電流時(shí)有如下特點(diǎn)，其中包括：電流輸出時(shí)波動(dòng)的不定性；電源作為一種靜止元件，以換流器為媒介并入電網(wǎng)，不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量；在低電壓的傳輸中，會(huì)形成有功或無(wú)功的動(dòng)態(tài)；電力人員要確保電流通過(guò)時(shí)，它不會(huì)破壞使用的各種設(shè)備原件，導(dǎo)致負(fù)荷能力較弱，容易脫網(wǎng)等[3]。這些特點(diǎn)都會(huì)讓電力系統(tǒng)的特性發(fā)生變化，讓系統(tǒng)調(diào)整運(yùn)行的方案。

光伏電力沒(méi)有規(guī)律的波動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)內(nèi)部的平衡，并改變了多次調(diào)頻與調(diào)度的特點(diǎn)，其頻率越限制等級(jí)，傳送的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。并且，系統(tǒng)通常會(huì)準(zhǔn)備幾套備用系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)在光伏接入后，會(huì)根據(jù)接入后的數(shù)據(jù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。又因?yàn)殡娫磿r(shí)靜止元價(jià)，為了滿足電力傳輸?shù)男枨螅鎿Q了以往使用的常規(guī)電源，導(dǎo)致系統(tǒng)應(yīng)對(duì)緊急情況的能力減弱，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)讓頻率積極變化的情況，影響其整體的運(yùn)行。

3.2 無(wú)功電壓特性

大規(guī)模光伏發(fā)電的地區(qū)多為戈壁、荒漠，這些地區(qū)電力負(fù)荷較低，電網(wǎng)短路容量小于其他地區(qū)，而光伏發(fā)電形成的電流較多，如果傳送的距離很長(zhǎng)，必須借助高壓輸電網(wǎng)完成，讓系統(tǒng)內(nèi)的無(wú)功平衡特性失衡，增加母線內(nèi)的電壓。同時(shí)，讓光伏分散并入電力系統(tǒng)，讓系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)形成的輻射網(wǎng)發(fā)生了變化，改變了電源的運(yùn)作方式，控制能力被削弱，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)。

3.3 功角穩(wěn)定性

電源本身并不會(huì)影響功角的穩(wěn)定性，但因?yàn)樗a(chǎn)生的隨機(jī)波動(dòng)和無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改變了系統(tǒng)原有的電流流向、傳送電流的功率，又縮減了等效慣量的數(shù)額。所以，在接入光伏發(fā)電后，功角穩(wěn)定性必然受到影響，做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其調(diào)整方案主要從運(yùn)行的方式和采用的技術(shù)等方面決定。而在這些影響中，除了可以完善系統(tǒng)的不足外，也有可能是系統(tǒng)的功能惡化，就像是電力脫網(wǎng)，特別是在實(shí)現(xiàn)集中化、規(guī)模化后，一旦出現(xiàn)脫網(wǎng)，會(huì)讓系統(tǒng)的穩(wěn)定嚴(yán)重失衡，因此，要根據(jù)光伏發(fā)電并網(wǎng)后實(shí)際的傳輸特點(diǎn)，對(duì)脫網(wǎng)形成的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)估。

3.4 電能質(zhì)量

現(xiàn)在，大規(guī)模光伏發(fā)電入網(wǎng)，要求電力網(wǎng)絡(luò)改變?cè)械碾娫Y(jié)構(gòu)，調(diào)整光伏發(fā)電機(jī)組在系統(tǒng)中使用的數(shù)量，適當(dāng)擴(kuò)大或縮小規(guī)模，穩(wěn)定電網(wǎng)構(gòu)架，從而有效分流，并對(duì)電流的流向進(jìn)行控制，以讓電壓保持在平穩(wěn)狀態(tài)，上下浮動(dòng)較小。另外，人們生活條件有了很大的改善，使用的終端數(shù)量不斷增加，使用的電量也在逐年上升，這無(wú)疑增加了電力網(wǎng)絡(luò)供電的壓力，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致光伏污染的出現(xiàn)。同時(shí)，光伏入網(wǎng)還會(huì)影響小擾動(dòng)穩(wěn)定性造成影響。因?yàn)楣夥刖W(wǎng)不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械與電磁失去平衡的情況，但從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，卻存在小擾動(dòng)穩(wěn)定性的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，可能會(huì)為網(wǎng)絡(luò)功能的使用增加阻礙。

4 總結(jié)

光伏發(fā)電屬于清潔能源的一種，從某個(gè)角度來(lái)說(shuō)，它可以節(jié)約能源的使用，在一定程度上緩解我國(guó)能源不足的問(wèn)題。但就目前的情況來(lái)看，大規(guī)模的光伏發(fā)電雖然給生活帶來(lái)了便利，但也對(duì)電力系統(tǒng)造成了不同程度的影響，為此，我國(guó)電力人員必須客觀分析這些影響，給出相應(yīng)的對(duì)策，從而讓電力事業(yè)快速發(fā)展。

[1]陽(yáng)水財(cái).淺析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].科技與創(chuàng)新,2015(14)：83+88.

[2]李娟.分析大規(guī)模光伏發(fā)電入網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響[J].電子測(cè)試,2015(19)：144-145.

[3]丁明,王偉勝,王秀麗,宋云亭,陳得治,孫鳴.大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2014(01)：1-14.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.169