大規模光伏發電對電力系統影響

吳愷琳

摘 要：隨著社會經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，對電設備的運用越來廣泛，對電能的需求也隨之增多。這對電能的供應提出了更高的要求，也是對電力企業的嚴峻考驗。隨著我國節約能源和保護環境的可持續發展戰略的提出，能源問題更加凸顯，大規模光伏發電恰恰緩解了這一問題，可是又會使原有的電力系統發生一些相應的改變，所以，分析大規模光伏發電對電力系統所產生的影響是十分必要的。

關鍵詞：光伏發電；電力系統；影響探究

電能是我國的主要能源來源，對我國國民經濟起重要的作用。隨著人們對能需求的增多，發電形式也在不斷增多，水力發電、風力發電、核電站、沼氣、潮汐能等為電能來源提供了更多的方式，光伏發電是近年來新興的發電方式，光伏發電的出現和推廣，給人們的生產、學習、工作帶來了諸多便利，緩解了資源緊張、能源匱乏、環境污染等問題。因此，如何通過對大規模光伏發電的原理、構成等的分析，闡述大規模光伏發電對供電系統的影響是值得研究的課題。

一、原理及優勢

大規模光伏發電就是把太陽能發電系統產生的直流電轉變成符合實際供電需求的交流電的過程，這種轉換通過并網逆變器完成，光伏并網發電系統包括兩種形式，集中式大型并網電站和分散式小型并網發電系統，前者電能在發電站內就能完成轉化，可以直接進行用戶配電，適于大型的國家級電站，后者廣泛運用于居民建筑，適于光伏建筑一體化。光伏發電并網系統不需要能量的存儲和釋放過程，減少了能源的損耗，提高了電能的運用效率。大規模光伏發電運用的是太陽能，具有下列優點：大規模光伏發電使電能的運用效率提高，電能損耗降低； 太陽能是清潔能源，和其他發電形式相比減少了環境污染；光伏發電并網的收益率較高，電能的提供量較多，保證了人們對能的需求；光伏發電系統和建筑物的有效結合，為建筑物增添了色彩，使建筑物更完美，更具特色。

二、大規模光伏發電對電力系統的影響

（一）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。

（二）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。

（三）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。光伏系統大規模接入之后，系統的等效轉動慣量變小，系統的應對功率會因此而有所波動，給系統的有功頻率特性造成一定的影響。

（四）功角的穩定性

在光伏發電系統，光伏電源并不參與功角的振蕩，由光伏發電系統所產生的電能通過變壓器和逆變器直接并入公共電網，因此 所產生的電能具有隨機波動的特性，并且不存在轉動慣量，但卻使電網原有通道的傳輸功率受到一定的影響，改變原有電網的潮流分布模式，減小了發電系統的等效慣量，影響電網的功角穩定性。功角穩定性的變化和光伏并網的規模大小、地理位置、光伏電源的控制技術、電網的拓撲結構等有關，光伏發電系統的接入可能會改善功角的穩定性，也可能會使電網功角的穩定性下降。系統運行點會因光伏外出力的波動性而發生變化，原有系統的阻力也會因此而改變，再加上常規機組的控制策略與并網逆變器區別很大，電力系統發生震蕩而降低穩定性。如果在并網過程一旦發生某種故障，電網的穿透能力降低，造成脫網的安全隱患。

（五）對配電系統保護的影響

（六）對小擾動穩定性的影響

由于大規模光伏發電的電能來源于太陽能，因此在光伏系統并網運行的過程中，避免了機械與電磁量的穩定性問題與失衡現象的發生問，但會卻存在小擾動穩定性問題，造成電氣運行的不穩定，制約系統功能的全面實現，導致電力系統運行不穩定。主要表現在光伏發電系統的兩個運行點之中，其中一個會因處在高出力狀態而產生不穩定現象，因光伏電力系統的電容存儲能力較差，當故障發生時，吸收不平衡功率的職責由直流側的電容承擔，所以直流側電壓會因故障發生而急劇上升，很難調整，進而導致電源的運行出現不穩定現象，所以，電力系統在系統受到一些小干擾后，如光照擾動等，穩定性會在一定程度上受到影響。

三、結語

大規模光伏發電系統的普遍運用，為我國電力資源提供了更廣闊的發展空間，提高了人們的環境保護意識，幫助人們養成節約能源的好習慣，使人們認識到節約用電的重要性，這一舉措是我國可持續發展戰略原則的具體體現，也是順應社會發展的必然選擇。加強對大規模光伏發電系統應用的分析探討，充分發揮光伏發電的服務作用，促進社會經濟的發展具有重要的現實意義。本文通過對大規模光伏發電的概述，從影響電能的質量、影響無功電壓的特性、對有功頻率特性的影響、對功角穩定性的影響、對配電系統保護的影響、對小擾動穩定性的影響等方面分析了大規模光伏發電對電力系統的影響，為業內專家和有志之士進一步研究解決這些影響的措施提供依據和參考，資源緊缺和環境污染是全球化的問題，愛護地球這個大家庭是我們應盡的義務，讓我們齊心合力，為更好的利用太陽能，開發新能源、促進我國電力企業的穩定可持續發展貢獻力量。

參考文獻：

[1]周星宇.大規模光伏發電對電力系統影響綜述[J].中國設備工程，2017（02）：157158.