大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

王麗娟 楊卓靜 申寶麗 李聰 申正

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司沁水縣供電公司，山西 晉城 048200）

大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的普遍運(yùn)用，為我國(guó)電力資源提供了更廣闊的發(fā)展空間，提高了人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，幫助人們養(yǎng)成節(jié)約能源的好習(xí)慣，使人們認(rèn)識(shí)到節(jié)約用電的重要性，這一舉措是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則的具體體現(xiàn)，也是順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必然選擇。對(duì)于電力系統(tǒng)而言，通過(guò)大規(guī)模的光伏發(fā)電，在不同層面上，會(huì)影響電力系統(tǒng)，技術(shù)人員應(yīng)該利用有效的手段，將消極影響轉(zhuǎn)化成為積極作用，進(jìn)而推動(dòng)電力事業(yè)的發(fā)展。

一、光伏發(fā)電并網(wǎng)概述

光伏發(fā)電并網(wǎng)是指應(yīng)用光伏電池方陣來(lái)產(chǎn)生電流，并將產(chǎn)生的電流輸送到逆變器與變壓器中，然后根據(jù)電力系統(tǒng)中的實(shí)際需求輸送到電網(wǎng)中，在整個(gè)過(guò)程中，電能不需要使用蓄電池進(jìn)行存儲(chǔ)，減少了與其相關(guān)的存儲(chǔ)與釋放的過(guò)程，最大程度的減少了輸送過(guò)程中的能量消耗，有效的提高了電力資源的利用效率。在這種并網(wǎng)方式中，光伏數(shù)組可以完成從太陽(yáng)能到直流電的能源轉(zhuǎn)換，而逆變器則可以將直流電轉(zhuǎn)換為正弦交流電，因此，光伏發(fā)電并網(wǎng)具有以下優(yōu)勢(shì)：第一，可以在一定程度上提高電力資源的利用效率。第二，提高光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，并且可以利用清潔能源有效的緩解電力資源不足的情況。第三，光伏發(fā)電并網(wǎng)能夠有效的節(jié)省并網(wǎng)系統(tǒng)的占地面積。第四，在建設(shè)過(guò)程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與建筑相結(jié)合，同時(shí)提高建筑的美觀性。

二、大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

（一）影響無(wú)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)，建立大規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)要選擇在海拔較高、日照充足、遮擋物少的戈壁灘、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(guò)遠(yuǎn)距離高壓輸送來(lái)完成，在電能運(yùn)送過(guò)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(zhǎng)距離的輸電通道，使電網(wǎng)運(yùn)行的無(wú)功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線(xiàn)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(wú)功電壓在具體并網(wǎng)運(yùn)行中支撐能力欠佳，電壓穩(wěn)定性容易受到?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。

（二）功角的穩(wěn)定性

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，在功角振蕩的過(guò)程中，光伏電源是不與進(jìn)行參加的，電能可以直接通過(guò)變壓器，或者是直接通過(guò)逆變器，從而直接并入到公共電網(wǎng)，所以，光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生出的電能它在波動(dòng)的過(guò)程中，它具有一定的隨機(jī)性，不轉(zhuǎn)動(dòng)慣量性，但是在這種情況下，會(huì)使電網(wǎng)自身通道的傳輸功率受到嚴(yán)重的影響，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的潮流分布模式給予相應(yīng)的改變，同時(shí)在很大程度上也降低了發(fā)電系統(tǒng)中的等效慣量，對(duì)電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性也起到了決定性的作用，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，功角穩(wěn)定性的變化與多種因素都有著直接的關(guān)系，其中最為主要的因素包括：光伏并網(wǎng)的規(guī)模、地理位置、控制技術(shù)等，一旦接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，就會(huì)對(duì)功角的穩(wěn)定性造成一定的影響，在特殊的情況下，也會(huì)降低電網(wǎng)功角的穩(wěn)定性。系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的點(diǎn)，會(huì)隨著光伏外出力的波動(dòng)而發(fā)生變化。

（三）配電系統(tǒng)保護(hù)

張璐等人對(duì)我國(guó)西北部大規(guī)模光伏發(fā)電進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)在光伏電源接入之后,會(huì)改變配網(wǎng)故障特征,會(huì)影響到繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置。其具體影響主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：第一，依照變壓器連接方式,連接變壓器的逆變器會(huì)額外形成接地回路,會(huì)讓零序電流受到影響,可能會(huì)讓繼電保護(hù)動(dòng)作特性發(fā)生改變;第二，利用單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò),可以將網(wǎng)架結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫磸?fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與雙電源復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),改變故障電流方向、大小和持續(xù)時(shí)間;第三，如果PV系統(tǒng)反孤島保護(hù)功能沒(méi)有協(xié)調(diào)配合自動(dòng)重合閘等裝置,那么就可能讓非同期合閘情況出現(xiàn);第四，在配電系統(tǒng)中,變電站備用電源自投裝置和線(xiàn)路三相一次重合閘會(huì)受到影響,為讓非同期合閘現(xiàn)象得到規(guī)避,如果接入線(xiàn)路、母線(xiàn)經(jīng)過(guò)逆變器并網(wǎng)進(jìn)行接入,那么逆變器反孤島保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)間需要小于三相一次重合閘啟動(dòng)時(shí)間或須備用電源自投斷路器動(dòng)作時(shí)間。

（四）對(duì)電能質(zhì)量的影響

光伏大規(guī)模的接入電網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部電力電子元件的數(shù)量逐漸增加，提升了系統(tǒng)的信息化和智能化處理。但是也對(duì)容易產(chǎn)生污染現(xiàn)象，一旦產(chǎn)生污染現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的電能質(zhì)量下降。為了進(jìn)一步掌握對(duì)電能質(zhì)量的影響，采用逆變器開(kāi)關(guān)速度為例進(jìn)行深入分析，最終發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模光伏發(fā)電中逆變器開(kāi)關(guān)速度的整體緩慢，會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的整體動(dòng)態(tài)性能輸出帶來(lái)影響，產(chǎn)生小范圍的諧波，在外在陽(yáng)光照射的因素下，會(huì)出現(xiàn)輸出功率較低，變化幅度較大的情況，更加促進(jìn)了諧波變化范圍的拓展。目前，從國(guó)內(nèi)外大型光伏電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，單一的并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，但是多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波會(huì)產(chǎn)生疊加，從而形成輸出電流超標(biāo)的現(xiàn)象。此外，經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電在日常工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生逆變器并聯(lián)的現(xiàn)象，該種現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致耦合效應(yīng)，從而降低并網(wǎng)逆變器控制回路的寬帶和穩(wěn)定裕度，最終產(chǎn)生并網(wǎng)電流諧波含量超標(biāo)的問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)：

在社會(huì)快速發(fā)展中逐漸暴露出能源不足的問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提高了人們的生活水平，這大大增加了人們對(duì)電力資源的需求量，但是由于我國(guó)資源短缺，在供應(yīng)過(guò)程中逐漸出現(xiàn)供不應(yīng)求的現(xiàn)象，導(dǎo)致人們更加重視能源保護(hù)。目前一種可應(yīng)用的電能資源主要是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，其可以有效的緩解傳統(tǒng)火力和水力發(fā)電供應(yīng)不足的狀況，更好的服務(wù)人們的生產(chǎn)和生活。