大規模光伏發電對電力系統影響綜述

張偉

【摘?要】能源資源已成為當今社會發展的重要制約因素，隨著先進能源技術的發展和創新，太陽能光伏發電作為一種無污染的綠色能源已成為社會普遍關注的熱點。但是，太陽能光伏發電也會對現有的電力系統產生一定的負面影響，從而制約了這項技術的應用和發展。基于此，國內外學者對光伏發電對電力系統的影響進行了較為系統的探討。通過總結其影響，可以在一定程度上促進大規模光伏發電系統的應用和發展。

【關鍵詞】大規模;光伏發電;電力系統;影響

1 光伏發電系統的組成與原理

光伏發電系統要實現光能到電能的轉變，通常包含了蓄電池、光伏方陣、控制器、逆變器、配電柜與太陽光跟蹤系統等部分，其中還包含用來聚光的反射鏡與聚光透鏡。光伏方陣采用光伏模板組成特定形式實現對光能信號的捕捉與積累，在光生伏特效應下，實現在蓄電池兩端電荷的累計，形成的電荷在電池兩端形成了電動勢，完成光能到電能的轉變。蓄電池可以實現電能的儲存與放電，其中為防止電能儲存過多或放電嚴重的情況，一般添加控制器，控制器保護蓄電池的充放電過程，可以對蓄電池的壽命起到延長的作用。要實現直流電到交流電的轉變往往需要添加逆變器，逆變器按應用要求不同常分為正弦逆變器與方波逆變器兩種，前者應用范圍廣，但是成本相對的較高。太陽光跟蹤系統可以捕捉太陽光的變化，實現隨太陽光轉動的目的，保證發電效率的最大化。

2 大規模光伏發電系統

2.1光伏電池和陣列模型

光伏電池是進行大范圍的光伏的主要部分，所以，我們對于它的排列情況進行具體的分析，光伏電池的核心是二極管模型，它的數學表達式再KCL的情況下是固定的。而工程計算的表達公式是光伏電池所提供電流、開路電壓和最大功率電壓都是固定的時候，通過串聯擺出大范圍的使用光伏發電系統的陣列模型。

2.2并網換流器和控制模型

并網換流器是主要是從大范圍的進行光伏發電的單元方向來分析的。現在大范圍的光伏發電系統里面使用的電壓模型是內外環雙層結構的，這樣做可以形成內外環的控制方向，而使用內外環進行控制重要的部分就是電流，它是把內外環的參考值作為衡量的標準的，利用控制環節和轉換器之間的相互合作來實現電流入網的目標。然而，外環主要的控制內容是輸入的電壓量，再控制裝置里產生的電流數值會控制內環，并網的方法和特點會影響到它的對換流器。再使用光伏進行發電的時候，主要是利用了前饋結構控制策略，這樣做可以是控制器更加的方便簡單，利用這個策略可以不受時間限制的了解到換流器的暫時的狀態下的模型，通過這個模型我們也可以明確電力結構的處理方式，然后再進行內控的時候添加一些控制條件。需要注意的是，我們要分析仿真軟件的效果，這樣可是使換流器和內環節的操作方面更加簡單。

3 大規模光伏發電對電力系統的影響分析

3.1有功頻率特性的變化

在光伏發電的電流傳輸過程中隨機波動頻繁出現，導致低電壓傳輸的無功或有功動態，要想保證電流順利通過，減少和避免因此對設備和元件的所造成的損害，就會影響系統的負荷能力，加大了維持系統的有功平衡的難度，電網的運行特性也會因此受到很大影響，既有電力系統一般都設置備用系統，但光伏系統的介入，改變了原有的電力系統結構，為了滿足電流的傳輸要求，只能換掉原有的常規電源，一旦遇到突發情況，系統的應對能力大大降低，頻率的變化導致系統的整體運行效果降低。此外，由于光伏系統的接入，系統的等效轉動慣量因光伏系統的存在而減小，系統的應對功率因此而產生波動，嚴重影響系統的有功頻率特性。

3.2大規模光伏發電對配電系統保護的影響

當配電網中出現大規模的光伏電源時，繼電保護設備會受到影響：首先，配電系統連接著變壓器，當發生逆變器接地回路后，電流和電壓產生不穩定問題，影響繼電保護裝置的自動斷電功能;其次，多電源結構會影響故障電流，導致電壓不穩定;最后，光伏發電系統的發電方式是將多條低壓電線共同接入主干線，若一些高密度光伏發電系統的連接饋線出現短路現象，則將對兩個相鄰熔斷器均會造成不良影響，輕則影響其配合效果，重則造成某些線路的電壓負荷超過斷路器的遮斷容量，對配電系統安全運行造成影響。為解決上述故障，相關工作人員可以在敏感的并網光伏變換器中，添加一定的保護，以降低電壓，避免輸出電壓分量超標、諧波超標等問題。

3.3電力系統同步穩定性的影響

通常情況下，電力系統在運行中受到微小的干擾之后能夠繼續保持同系統中的同步電機間的同運行成為同步穩定性。對于大規模光伏發電系統而言，小擾動之后的同步穩定性受到較大程度的影響。通過分析可知，光伏電站的直流方向的測電流能夠很好的吸收融合系統出現故障時出現的不平衡功率，但是同時光伏系統內的電容儲存能力不夠，導致系統另外位置的故障問題所產生的不平衡功率對于光伏電站的直流方向的側電壓產生影響。可以說光伏電站對于系統同步穩定性的控制是一個拆東墻補西墻的原理，其并無法控制小干擾下所產生的失衡問題。

3.4對功角穩定性的影響

光伏電源發電在其根本上自身是不參與功角振蕩的，因此在其本質上應該不存在功角穩定性的問題。但是，由于光伏電源發電元件的隨機波動和無轉動慣量等特征的產生，導致系統在接入大規模光伏后致使電源網內部呈現潮流分布，從而對其通道內的整體電流功率造成了影響，呈下降的效果，影響了系統內的等效慣量。此外，由于光伏電接入電網，在電網的整體形成上使其基本性能產生了變化，從而降低了電網系統內部拓撲結構的補充方式和電力傳輸的運行方式，致使模降低，影響系統的功角穩定性。因此，光伏網在實際故障產生的情況下經常會出現穿越能力不足引發脫網的故障，其中尤其是以集中化、規模化后更容易產生該種故障，因此在其改進的過程中必須充分的利用光伏配電站內部出場的作用，實現配電站無功補償，有效提升系統安全性。

4 SVG動態無功補償裝置

SVG屬于典型的電力電子設備，在大規模光伏發電項目中，對電力系統主要的影響是無功功率的超發和有功功率的不確定性，SVG無功補償技術可實現對上述影響的有效改善，但在很多技術的使用上依然存在問題。針對于這種現象，人們在新能源發展的同時，對SVG動態補償裝置進行了合理改進，實現對新能源的有效開發。總的來說，SVG的工作原理是通過外部CT對電流信息進行檢測，然后由控制芯片對電流信息進行有效整合和分析，再由控制器對補償信號進行驅動，最終實現逆變電路對電流進行補償。通過對這種補償裝置的合理改進，大規模光伏發電可以發揮出更好的應用效果，實現對電力系統的影響有效降低。

5 結語

綜上所述，當前我國針對光伏發電的研究探索與實踐工作都呈現出來了一個積極的繁榮局面，無論是業內人士還是社會大眾都對于光伏發電的性質、優勢、發展潛力有了一個初步的認識。光伏發電對于我國解決當前能源緊張困境與環境污染問題都具有無可替代的作用，且通過這一手段將有望降低電力系統的集中壓力。本文以大規模光伏發電對整個電力系統的各方面影響進行了一個概括性的梳理，希望可以給我國當前及未來的光伏發電技術提供一點支持，為推進我國光伏發電創新，促進光伏發電與電力系統科學和諧的融合。

參考文獻：

[1]徐曉霞，彭端丹.關于大規模光伏發電對電力系統影響探討[J].科技風，2018（27）：191.

[2]劉樂.光伏接入后配網饋線電壓協同控制方法[J].電力科學與技術學報，2017，32（3）：43-49.

（作者單位：協鑫新能源華中區域公司運營管理部）