關于大規模光伏發電對電力系統影響探討

徐柯 李孔君

摘要：我國現代社會快速發展，科學技術水平也在不斷的提高，人們的環保意識也越來越高，新能源也隨之出現，現在技術比較成熟的新能源就是光伏發電技術了，這個技術可以緩解人們用電的需求。但是，事實上，傳統的水火發電方式和利用光伏進行發電的方式兩者之間還是有很大的不同的，再利用光伏進行發電的時候可能會影響到電力系統的頻率和電壓，這篇文章將會對大范圍的使用光伏進行發電對電力系統造成的影響。

關鍵詞：光伏發電；電力系統；影響；并網

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）20-0216-01

引言

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

1 光伏發電井網的概述

太陽能光伏發電指的是將太陽光能，通過一些太陽能電池組件，再利用一些半導體材料，轉化成電能。對于井網發電系統，應該利用光伏數組等，把吸收的太陽能敷設能量充分轉化成為高壓直流電，在此基礎上，利用逆變器，生成正弦交流電。在光伏發電系統方面，為了創造良好的發電條件，國家電網公司相繼頒布了多項政策，對光伏發電項目提供了大力支持。光伏發電井網的優點較多，主要表現在以下幾點：（1）有效節約了蓄電池儲能；（2）光伏陣列能夠運行在最大功率處，在發電效率方面，太陽能的效果比較好；（3）光伏發電井網能夠取得良好的經濟收益，通過設置分散的光伏系統，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合，不僅可以發電，還可以美化建筑物。

2 大規模光伏發電系統的建模

2.1 光伏電池與陣列建模

對于光伏電池來說，是以單二級管模型為基礎，進而形成的等效電路，而且，運用了KCL，總結出了光伏電池的數學表達式。通過光伏電池的供應商所給予的技術參數，可以計算出相應的短路電流、電壓等。對于光伏陣列集成模型，利用光伏電池模型，以及串并聯的組合等，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，差異性比價明顯等。

2.2 換流器與內環控制模型

在光伏發電系統中，換流器是核心組件，影響著光伏發電的暫態、相關的并網特性。如今，換流器的控制方法為內外環結構。對于內環而言，電流輸入是主要方式，而外環控制形成的電流參考值是基準，利用換流器，電流會流入輸電網絡系統中。對于外環控制而言，電壓輸入為主要方式，而外環控制是利用電壓輸入完成的，在各個環節中，通過控制，得到內環控制相應的電流參考值。對換流器、內外裝置進行實際設計的過程中，通常，設計人員會采取解禍控制措施，對換流器機電暫態的相應電壓、電流等實施解禍處理，然后，添加在內環控制中。要想實現模型應用價值，應該進一步優化換流器，簡化內環控制，實現并網功能。

2.3光伏發電的動態模型

對大規模的光電發電系統進行構建的過程中，技術人員往往應用方程組法，得到各個狀態下的方程，并且，組建成聯合方程組。在這樣的條件下，針對大規模的光伏發電系統，也就逐漸構建出了動態模型。

2.4光伏發電系統模型

光伏發電系統主要是利用逆變器，實現電網介入，在這個過程中，技術人員可以測算PV節點、PI節點等，還能針對含變壓器等，構建在內問題模型的相關方程。對于大規模光伏發電系統，要構建多個模型。技術人員應該綜合考慮，明確光伏陣列、變壓器參數等，根據防真模型，綜合分析并網。

3 大規模光伏發電對電力系統的影響

3.1 對電能質量的影響

電能質量是電力系統運行管理的重要內容，也是電力企業社會信譽和競爭實力的具體體現。光伏系統發電并網后，使系統容量得到擴充，由于接入的光伏發電機組系統數量與規模的不同，改變了原有電系統的整體框架結構，進而使電網的潮流分布的控制難度增大，降低了配網的電壓質量，影響用戶的用電效果。大規模光伏系統的引入，大量的電力電子會改變原來的電力系統的一些固有運行模式，電能的質量會因此而降低，逆變器開關的反應遲緩，導致輸出的準確性降低進而產生諧波，例如，如果某一區域的太陽光迅速變化時，諧波的波動范圍也會隨之變大，甚至產生波動疊加現象，一些文獻分析表明當一臺并網逆變器單獨運行時，輸出的電流諧波很小，多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波就會超標，由于逆變器并聯系統中有電網阻抗耦合效應的存在，減小了并網逆變器控制回路的帶寬和穩定裕度，使并網電流諧波含量不符合標準，諧波振動不穩定，光伏電站采取的是長距離輸電線纜接入弱電網，濾波電容可能會引起諧振動，進導致某些次諧波的放大。另外因直流的注入導致的電源波動也會對電能質量造成影響。現在是數字化時代，數字化設備和電子產品層出不窮，用戶所使用的用電器的數量也隨之增多，有些用電器不僅功率較大，而且消耗電能的持續時間長，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的運行負擔。

3.2 影響無功電壓的特性

根據光伏發電系統本身的運行特點，所建立的發電系統要選擇在海拔較高、日照充足的戈壁灘、沙漠等地區，這些地區人煙稀少，對電能的需求量相對較少，電系統的負荷能力低，電網短路容量相對較小。在光伏發電系統當中，電網的短路容量不會太大，光伏發電系統所產生的電能通過遠距離高壓輸送來完成，在電能運送過程中會產生隨機波動，隨機波動的有功出力穿越近區電網和長距離的輸電通道，使電網運行的無功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線電壓的波動幅度也隨之增大，進而使電網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運行中支撐能力欠佳，電壓穩定性受到沖擊，一些地區因為大規模光伏發電系統的接入，電網的網架結構發生了變化，影響電壓質量。

3.3 對有功頻率特性的影響

由于光伏發電系統在電流傳輸過程會出現頻繁的隨機波動，低電壓傳輸會因此產生無功或有功動態，為了能讓電流通過的更暢通，減少和避免因此對設備和原件的所造成的損害，負荷能力必然要受到影響，維持系統的有功平衡難度較大，進而影響電網的運行特性，電力系統通常是設有備用系統的，而光伏系統的出現，必須調整原有的電力系統結構，為了達到電力的傳輸要求，原有的常規電源不得不替換掉，當突發緊急情況時，系統的應對能力減弱，系統的整體運行情況會因頻率變化而受到嚴重的影響。

4 結束語

通過大規模的光伏發電，可以有效地解決中國能源短缺的問題，該技術符合國家保護生態環境的理念，實現了可持續發展，如果我們希望這種光伏發電模式在更廣泛的范圍內使用，就需要對光伏發電機組進行具體的系統分析和研究。此外，有必要加強研究，擴大研究和分析的范圍，有助于中國電力系統更好、更穩定、更長遠的使用，同時也能促進我國社會經濟的發展。

參考文獻

[1]張志文，杜澤源，羅熹.大規模光伏發電對電力系統影響[J].科技視界，2018（03）：138-139.

[2]劉明武.大規模光伏發電對電力系統的影響研究[J].技術與市場，2018，25（01）：156.

[3]王燕青.大規模光伏發電對電力系統的影響[J].技術與市場，2017，24（11）：100+102.