關(guān)于大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響探討

徐柯 李孔君

摘要：我國現(xiàn)代社會(huì)快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷的提高，人們的環(huán)保意識(shí)也越來越高，新能源也隨之出現(xiàn)，現(xiàn)在技術(shù)比較成熟的新能源就是光伏發(fā)電技術(shù)了，這個(gè)技術(shù)可以緩解人們用電的需求。但是，事實(shí)上，傳統(tǒng)的水火發(fā)電方式和利用光伏進(jìn)行發(fā)電的方式兩者之間還是有很大的不同的，再利用光伏進(jìn)行發(fā)電的時(shí)候可能會(huì)影響到電力系統(tǒng)的頻率和電壓，這篇文章將會(huì)對(duì)大范圍的使用光伏進(jìn)行發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；電力系統(tǒng)；影響；并網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3178（2018）20-0216-01

引言

目前，化學(xué)能源的短缺越來越嚴(yán)重，環(huán)境問題日益突出，可再生能源越來越受到人們的重視?？稍偕茉窗L(fēng)能、水能、太陽能等各種能源，太陽能已逐漸發(fā)展成為一種非常重要的電能。光伏發(fā)電是一種典型的清潔能源應(yīng)用技術(shù)，具有非常廣闊的市場前景和潛力，但在目前大規(guī)模的應(yīng)用中仍然存在一些問題，本文對(duì)此展開了研究和分析。

1 光伏發(fā)電井網(wǎng)的概述

太陽能光伏發(fā)電指的是將太陽光能，通過一些太陽能電池組件，再利用一些半導(dǎo)體材料，轉(zhuǎn)化成電能。對(duì)于井網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)該利用光伏數(shù)組等，把吸收的太陽能敷設(shè)能量充分轉(zhuǎn)化成為高壓直流電，在此基礎(chǔ)上，利用逆變器，生成正弦交流電。在光伏發(fā)電系統(tǒng)方面，為了創(chuàng)造良好的發(fā)電條件，國家電網(wǎng)公司相繼頒布了多項(xiàng)政策，對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目提供了大力支持。光伏發(fā)電井網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)較多，主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）有效節(jié)約了蓄電池儲(chǔ)能；（2）光伏陣列能夠運(yùn)行在最大功率處，在發(fā)電效率方面，太陽能的效果比較好；（3）光伏發(fā)電井網(wǎng)能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)收益，通過設(shè)置分散的光伏系統(tǒng)，用戶能獲得供更多的電能，有助于緩解效電力傳輸、分配的壓力；（4）光伏組件可以與建筑物相結(jié)合，不僅可以發(fā)電，還可以美化建筑物。

2 大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模

2.1 光伏電池與陣列建模

對(duì)于光伏電池來說，是以單二級(jí)管模型為基礎(chǔ)，進(jìn)而形成的等效電路，而且，運(yùn)用了KCL，總結(jié)出了光伏電池的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過光伏電池的供應(yīng)商所給予的技術(shù)參數(shù)，可以計(jì)算出相應(yīng)的短路電流、電壓等。對(duì)于光伏陣列集成模型，利用光伏電池模型，以及串并聯(lián)的組合等，也可以得到。但是，光伏電池與其陣列模型，在形成的過程中，具有一些問題，比如說，在光伏組件之間，差異性比價(jià)明顯等。

2.2 換流器與內(nèi)環(huán)控制模型

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，換流器是核心組件，影響著光伏發(fā)電的暫態(tài)、相關(guān)的并網(wǎng)特性。如今，換流器的控制方法為內(nèi)外環(huán)結(jié)構(gòu)。對(duì)于內(nèi)環(huán)而言，電流輸入是主要方式，而外環(huán)控制形成的電流參考值是基準(zhǔn)，利用換流器，電流會(huì)流入輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。對(duì)于外環(huán)控制而言，電壓輸入為主要方式，而外環(huán)控制是利用電壓輸入完成的，在各個(gè)環(huán)節(jié)中，通過控制，得到內(nèi)環(huán)控制相應(yīng)的電流參考值。對(duì)換流器、內(nèi)外裝置進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，通常，設(shè)計(jì)人員會(huì)采取解禍控制措施，對(duì)換流器機(jī)電暫態(tài)的相應(yīng)電壓、電流等實(shí)施解禍處理，然后，添加在內(nèi)環(huán)控制中。要想實(shí)現(xiàn)模型應(yīng)用價(jià)值，應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化換流器，簡化內(nèi)環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能。

2.3光伏發(fā)電的動(dòng)態(tài)模型

對(duì)大規(guī)模的光電發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建的過程中，技術(shù)人員往往應(yīng)用方程組法，得到各個(gè)狀態(tài)下的方程，并且，組建成聯(lián)合方程組。在這樣的條件下，針對(duì)大規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)，也就逐漸構(gòu)建出了動(dòng)態(tài)模型。

2.4光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是利用逆變器，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)介入，在這個(gè)過程中，技術(shù)人員可以測(cè)算PV節(jié)點(diǎn)、PI節(jié)點(diǎn)等，還能針對(duì)含變壓器等，構(gòu)建在內(nèi)問題模型的相關(guān)方程。對(duì)于大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)，要構(gòu)建多個(gè)模型。技術(shù)人員應(yīng)該綜合考慮，明確光伏陣列、變壓器參數(shù)等，根據(jù)防真模型，綜合分析并網(wǎng)。

3 大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

3.1 對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的重要內(nèi)容，也是電力企業(yè)社會(huì)信譽(yù)和競爭實(shí)力的具體體現(xiàn)。光伏系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)后，使系統(tǒng)容量得到擴(kuò)充，由于接入的光伏發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)數(shù)量與規(guī)模的不同，改變了原有電系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使電網(wǎng)的潮流分布的控制難度增大，降低了配網(wǎng)的電壓質(zhì)量，影響用戶的用電效果。大規(guī)模光伏系統(tǒng)的引入，大量的電力電子會(huì)改變?cè)瓉淼碾娏ο到y(tǒng)的一些固有運(yùn)行模式，電能的質(zhì)量會(huì)因此而降低，逆變器開關(guān)的反應(yīng)遲緩，導(dǎo)致輸出的準(zhǔn)確性降低進(jìn)而產(chǎn)生諧波，例如，如果某一區(qū)域的太陽光迅速變化時(shí)，諧波的波動(dòng)范圍也會(huì)隨之變大，甚至產(chǎn)生波動(dòng)疊加現(xiàn)象，一些文獻(xiàn)分析表明當(dāng)一臺(tái)并網(wǎng)逆變器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，輸出的電流諧波很小，多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波就會(huì)超標(biāo)，由于逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中有電網(wǎng)阻抗耦合效應(yīng)的存在，減小了并網(wǎng)逆變器控制回路的帶寬和穩(wěn)定裕度，使并網(wǎng)電流諧波含量不符合標(biāo)準(zhǔn)，諧波振動(dòng)不穩(wěn)定，光伏電站采取的是長距離輸電線纜接入弱電網(wǎng)，濾波電容可能會(huì)引起諧振動(dòng)，進(jìn)導(dǎo)致某些次諧波的放大。另外因直流的注入導(dǎo)致的電源波動(dòng)也會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成影響?，F(xiàn)在是數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字化設(shè)備和電子產(chǎn)品層出不窮，用戶所使用的用電器的數(shù)量也隨之增多，有些用電器不僅功率較大，而且消耗電能的持續(xù)時(shí)間長，使用戶整體消耗的電能提升，在一定程度上加重了電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

3.2 影響無功電壓的特性

根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的運(yùn)行特點(diǎn)，所建立的發(fā)電系統(tǒng)要選擇在海拔較高、日照充足的戈壁灘、沙漠等地區(qū)，這些地區(qū)人煙稀少，對(duì)電能的需求量相對(duì)較少，電系統(tǒng)的負(fù)荷能力低，電網(wǎng)短路容量相對(duì)較小。在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，電網(wǎng)的短路容量不會(huì)太大，光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能通過遠(yuǎn)距離高壓輸送來完成，在電能運(yùn)送過程中會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)波動(dòng)，隨機(jī)波動(dòng)的有功出力穿越近區(qū)電網(wǎng)和長距離的輸電通道，使電網(wǎng)運(yùn)行的無功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線電壓的波動(dòng)幅度也隨之增大，進(jìn)而使電網(wǎng)的整體平衡效果受到影響。此外光伏電源無功電壓在具體并網(wǎng)運(yùn)行中支撐能力欠佳，電壓穩(wěn)定性受到?jīng)_擊，一些地區(qū)因?yàn)榇笠?guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入，電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，影響電壓質(zhì)量。

3.3 對(duì)有功頻率特性的影響

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)在電流傳輸過程會(huì)出現(xiàn)頻繁的隨機(jī)波動(dòng)，低電壓傳輸會(huì)因此產(chǎn)生無功或有功動(dòng)態(tài)，為了能讓電流通過的更暢通，減少和避免因此對(duì)設(shè)備和原件的所造成的損害，負(fù)荷能力必然要受到影響，維持系統(tǒng)的有功平衡難度較大，進(jìn)而影響電網(wǎng)的運(yùn)行特性，電力系統(tǒng)通常是設(shè)有備用系統(tǒng)的，而光伏系統(tǒng)的出現(xiàn)，必須調(diào)整原有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到電力的傳輸要求，原有的常規(guī)電源不得不替換掉，當(dāng)突發(fā)緊急情況時(shí)，系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)能力減弱，系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況會(huì)因頻率變化而受到嚴(yán)重的影響。

4 結(jié)束語

通過大規(guī)模的光伏發(fā)電，可以有效地解決中國能源短缺的問題，該技術(shù)符合國家保護(hù)生態(tài)環(huán)境的理念，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展，如果我們希望這種光伏發(fā)電模式在更廣泛的范圍內(nèi)使用，就需要對(duì)光伏發(fā)電機(jī)組進(jìn)行具體的系統(tǒng)分析和研究。此外，有必要加強(qiáng)研究，擴(kuò)大研究和分析的范圍，有助于中國電力系統(tǒng)更好、更穩(wěn)定、更長遠(yuǎn)的使用，同時(shí)也能促進(jìn)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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