并網(wǎng)光伏電站特性及對(duì)電網(wǎng)影響的研究

李士麟

【摘 要】 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電氣化程度的逐步提高，電力供應(yīng)在國(guó)民產(chǎn)業(yè)和生活中的作用越來越大。光伏發(fā)電作為一種可再生能源發(fā)電模式正逐步受到越來越廣泛的重視。本文對(duì)光伏發(fā)電的并網(wǎng)特性和其對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的主要影響進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，希望能夠?yàn)椴⒕W(wǎng)光伏電站的研究提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】 光伏電站 特性 并網(wǎng) 影響 研究

隨著能源危機(jī)的逐漸增強(qiáng)，人們開始積極尋求可循環(huán)能源的有效利用途徑，目前世界各國(guó)已經(jīng)對(duì)光伏發(fā)電產(chǎn)生了足夠的重視，并且展開了積極的研究。隨著光伏發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量的增加，將光伏發(fā)電站并入傳統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)作為輔助發(fā)電模式不但能夠節(jié)省大量的能源資源消耗，而且方便對(duì)其進(jìn)行集中管理，因此成為未來光伏發(fā)電站的主要發(fā)展趨勢(shì)。但是由于光伏發(fā)電具有較強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)性，其功率輸出相對(duì)不穩(wěn)定。就我國(guó)現(xiàn)在的狀況來看，光伏發(fā)電的并網(wǎng)對(duì)原有電網(wǎng)造成的影響難以估測(cè)，因此其過程并不順利。了解并網(wǎng)光伏電站的運(yùn)行特性，并且掌控其對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響狀況就成為了光伏電站并網(wǎng)的首要難題和重要的研究方向。

1 并網(wǎng)光伏電站系統(tǒng)

1.1 并網(wǎng)光伏電站的結(jié)構(gòu)

并網(wǎng)光伏發(fā)電站實(shí)際上是分布式發(fā)電模式的一種，可以作為市電的輔助供電途徑。將光伏發(fā)電站并入傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)后就可以完全省略掉龐大昂貴的蓄電池組，直接將太陽能能轉(zhuǎn)化的電能輸送進(jìn)電力網(wǎng)絡(luò)。除卻光伏發(fā)電原有的太陽能板陣列、基本構(gòu)件之外，并網(wǎng)光伏電站最關(guān)鍵組成部分是并網(wǎng)逆變器，主要承擔(dān)電網(wǎng)信息監(jiān)測(cè)、輸出電流控制、最大功率點(diǎn)跟蹤、抗孤島等功能。

1.2 并網(wǎng)光伏電站的特性

（1）光伏發(fā)電受太陽光照和氣候變化的影響較大，負(fù)荷變化相對(duì)其他發(fā)電方式要大，對(duì)電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊。例如，光伏發(fā)電的主要工作過程在白天進(jìn)行，當(dāng)出現(xiàn)特殊雨雪天氣時(shí)，光伏電站的輸出功率也會(huì)極低。通常來講，夏天的電能輸出相對(duì)較多，但是功率輸出也較為不穩(wěn)定。（2）光伏電站并網(wǎng)時(shí)需要其他電源的支撐，不僅需要其提供一定的電荷來啟動(dòng)光伏發(fā)電，而且在天氣情況較為多變時(shí)還需要對(duì)光伏發(fā)電站進(jìn)行一定的功率補(bǔ)償。（3）光伏發(fā)電站不能通過起停機(jī)完成容量的調(diào)節(jié)，因此需要一直處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)。這就導(dǎo)致了旋轉(zhuǎn)備用設(shè)備的體積也更為龐大，而且隨著光伏電站規(guī)模和容量的增加，旋轉(zhuǎn)設(shè)備也需要相應(yīng)的增加。（4）想要大規(guī)模開展光能發(fā)電，往往需要將太陽輻射能收集設(shè)備放置在我國(guó)的西北、華北等沙漠戈壁地區(qū)。這些地區(qū)地廣人稀，既能夠收集到足夠的能量，同時(shí)對(duì)電能消耗也較少，但是需要較長(zhǎng)的傳輸線路將其并入傳統(tǒng)電網(wǎng)。

2 并網(wǎng)光伏電站對(duì)電網(wǎng)的影響研究

由于光伏發(fā)電容易受到氣候和環(huán)境的影響，因此光伏發(fā)電過程的穩(wěn)定性和自我調(diào)節(jié)能力較差，并網(wǎng)后對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

2.1 對(duì)系統(tǒng)潮流與電壓的影響

首先，光伏發(fā)電站并網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)系統(tǒng)潮流產(chǎn)生一定的影響，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，并網(wǎng)后各饋線節(jié)點(diǎn)電壓都會(huì)有一定的提升。傳統(tǒng)電網(wǎng)采用輻射狀的傳輸模式，因此電壓會(huì)隨著潮流方向逐漸降低。但是由于光伏電站采用的是單位功率因數(shù)的控制模式，會(huì)對(duì)電網(wǎng)有功和無功潮流會(huì)造成不同的影響，因此這種情況下也無法通過對(duì)原有電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)進(jìn)行功率補(bǔ)償。往往會(huì)造成配網(wǎng)負(fù)荷側(cè)電網(wǎng)饋線的有功功率減少、電壓增高，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。其次，并網(wǎng)光伏電站對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)影響較大。傳統(tǒng)電網(wǎng)中功率傳輸時(shí)間和線路位置會(huì)對(duì)電壓波動(dòng)產(chǎn)生影響，光伏電站接入后不但會(huì)擴(kuò)大這些影響，而且會(huì)帶來更多的不穩(wěn)定因素。例如，受日照時(shí)間和氣候的影響，光伏發(fā)電站的實(shí)際輸出功率在不斷變化中，而且容易產(chǎn)生較大的間歇性峰谷波動(dòng)，隨著并網(wǎng)光伏電站規(guī)模和數(shù)量的增加，影響會(huì)越來越大；為維持光伏發(fā)電站的穩(wěn)定，需要對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的其他電源的處理進(jìn)行調(diào)解，增加了電網(wǎng)調(diào)峰的壓力。

2.2 對(duì)短路電流和繼電保護(hù)的影響

當(dāng)光伏電站并網(wǎng)后，配電網(wǎng)系統(tǒng)由原來的輻射性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楸椴茧娫春拓?fù)荷分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。因此無論配網(wǎng)在光伏電站接入點(diǎn)上游還是下游發(fā)生故障，遠(yuǎn)離系統(tǒng)電源側(cè)的母線由于光伏電源的支撐不會(huì)降為零。當(dāng)光伏電站接入點(diǎn)上游配網(wǎng)線路故障時(shí)，此時(shí)故障線路的故障電流只由系統(tǒng)電源提供，因此光伏電站的接入不會(huì)對(duì)故障電流產(chǎn)生影響，從而不會(huì)影響該線路保護(hù)的正常動(dòng)作。但當(dāng)相鄰饋線發(fā)生故障時(shí)，由于目前絕大多數(shù)配網(wǎng)線路保護(hù)都不帶方向元件，光伏電站供出的反向電流有可能導(dǎo)致健全線路的誤動(dòng)作。當(dāng)光伏電站接入點(diǎn)下游配網(wǎng)線路故障時(shí)，接入點(diǎn)上游配電線路由于光伏電站等效阻抗的影響，線路的故障電流較接入前要小，因此會(huì)降低線路保護(hù)的靈敏度，增大了過流保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，不利于故障的快速切除，原有保護(hù)的級(jí)差配合失效，隨著故障點(diǎn)和光伏電站接入位置、接入容量的變化，甚至可能導(dǎo)致保護(hù)失去靈敏性，保護(hù)無法啟動(dòng)。接入點(diǎn)下游配電線路由于光伏電站的助增作用，故障電流會(huì)變大，故障電流的增大會(huì)提高保護(hù)的靈敏性，但是有可能擴(kuò)大了保護(hù)的保護(hù)范圍，從而使保護(hù)失去選擇性。另外，光伏電站的接入增大了配電網(wǎng)的短路電流水平，配電網(wǎng)故障時(shí)短路瞬間會(huì)有光伏電站電流注入電網(wǎng)導(dǎo)致斷路器的開斷能力不足而不能有效切除故障，使故障擴(kuò)大危及整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，提高了線路的熱動(dòng)穩(wěn)定要求等。

3 結(jié)語

太陽能發(fā)電模式作為新型綠色能源發(fā)電，受光照時(shí)限的影響本身具有一定的局限性。但是即使光伏發(fā)電無法完全取代傳統(tǒng)能源發(fā)電模式，也是未來發(fā)電的主要發(fā)展方向。因此，解決光伏發(fā)電站并網(wǎng)時(shí)以及并網(wǎng)后對(duì)原有電網(wǎng)穩(wěn)定性的不良影響有著極其重要的意義。不僅要從技術(shù)層面削減并網(wǎng)對(duì)于系統(tǒng)潮流、電壓、繼電保護(hù)等性能指標(biāo)的沖擊，而且需要制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范，切實(shí)促進(jìn)并網(wǎng)光伏電站的研究和應(yīng)用。

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