大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響綜述

柴文佳

摘要：現(xiàn)如今，隨著我國經濟的飛速發(fā)展，以及社會的不斷進步，電力能源逐漸成為人們日常生活的一項最為重要的能源，同時也在影響著我們生活的質量，因此，新型能源的開發(fā)勢在必行。這就需要對電力系統(tǒng)的發(fā)展加大關注，不斷提高能源在電力系統(tǒng)中的運用和利用率，從而為后期電力系統(tǒng)發(fā)展與正常運行提供保障和基礎。因此，本文主要研究大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響，并從多個方面進行闡述，從而能不斷提高電力系統(tǒng)的服務水平和功能，為電力系統(tǒng)的發(fā)展提供方向和思路。

關鍵詞：大規(guī)模;光伏發(fā)電;電力系統(tǒng);影響

引言

我國幅員遼闊，資源豐富，但人口眾多，能源供不應求問題突出，加強能源保護和新能源的開發(fā)運用是急需解決的問題。近年來，作為主要能源供給的電能，其來源更加多樣化，如水電站、風力發(fā)電站、核電站已經被廣泛運用，沼氣、潮汐能已不再陌生，光伏發(fā)電是運用太陽能經過一系列過程轉化成電能的新技術，為人們提供了諸多便利，緩解了能源匱乏、環(huán)境污染等問題。在并網過程中，因光伏發(fā)電自身的特性，使既有的電力系統(tǒng)產生一些問題，因此，通過對大規(guī)模光伏發(fā)電的理論分析，了解光伏發(fā)電對已有電力系統(tǒng)的影響，對光伏發(fā)電技術具有積極的推動作用。

1原理及優(yōu)勢

大規(guī)模光伏發(fā)電就是把太陽能發(fā)電系統(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)包括兩種形式，集中式大型并網電站和分散式小型并網發(fā)電系統(tǒng)，前者電能在發(fā)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(fā)電并網系統(tǒng)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(guī)模光伏發(fā)電運用的是太陽能，具有下列優(yōu)點：大規(guī)模光伏發(fā)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(fā)電形式相比減少了環(huán)境污染;光伏發(fā)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(fā)電系統(tǒng)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。

2大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

2.1對有功頻率特性的影響

結合光伏發(fā)電的實際應用情況，可知其具有這些方面的特性：其電源是靜止元件，不會產生轉動慣量;發(fā)電時的外出力不恒定，具有隨機變化的特性：不同時間段的有功與無功動態(tài)特性有所差異，且電源的抗擾動能力弱，會引發(fā)脫網故障;對逆變器依賴性強，具有良好的四象限控制能力。光伏發(fā)電這些方面的特性給電力系統(tǒng)的有功功率產生了一定的影響。具體包括：會影響系統(tǒng)的調頻效果、調度過程中的經濟性;備用設備的優(yōu)化策略發(fā)生變化;系統(tǒng)既有的等效轉動慣量發(fā)生變化，會使極端條件下的頻率變化幅度加大;保護動作異常等。

2.2對無功電壓特性方面的影響

在一些不利的地質環(huán)境條件下進行大規(guī)模光伏發(fā)電集中接入，由于既有的電網短路容量小，難以滿足大規(guī)模光伏發(fā)電遠距離輸電的實際需求，會給電網的無功平衡特性帶來潛在的威脅，使得母線受到了較大的波動影響，間接地加大了電網不穩(wěn)定現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，影響著系統(tǒng)運行穩(wěn)定性。因此，需要在運用大規(guī)模光伏發(fā)電方式的過程中，做好其中的脫網風險評估工作，制定出有效的預防措施，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.3對電能質量的影響

電能質量是電力企業(yè)綜合實力和社會信譽的重要標志，也是電力系統(tǒng)運行管理的關鍵，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并入，擴大了系統(tǒng)的容量，由于所接入的發(fā)電機組和原來的數(shù)量與規(guī)模有很大區(qū)別，使繼電系統(tǒng)的整體框架結構和原來有明顯區(qū)別，電網的潮流分布更難控制，電壓質量得不到良好的保障，影響用戶的用電效果。同時，由于大規(guī)模光伏系統(tǒng)的介入，其中存有的大量的電力電子的作用，改變了既有電力系統(tǒng)原有的運行模式，不利于電能的質量的提高，逆變器開關的反應過慢，輸出失真，進而產生諧波，簡諧波的波動范圍會隨某一區(qū)域的光照變化的加快而增大，甚至出現(xiàn)波動疊加現(xiàn)象。相關研究證明，只存在一臺并網逆變器時，輸出的電流諧波較小，電路中同時并聯(lián)多臺并網逆變器時，輸出較大的電流諧波，會超出規(guī)定的標準。影響電能質量的主要原因有逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中電網阻抗的耦合效應，濾波電容所引起的諧振動，放大了某些次諧波，由于直流介入產生電源波動等，另外，由于時代的發(fā)展，使用電子設備和用電器的電用戶越來越多，功率消耗增大，用電消耗的持續(xù)時間較長，電能量消耗總量增加，電力系統(tǒng)的運行負擔越來越重。

2.4對配電系統(tǒng)保護的影響

在電網系統(tǒng)運行的過程中，采取適當?shù)谋Ｗo設施對電網設備進行合理的保護，使配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是十分必要的，配電系統(tǒng)的安全保護是電力企業(yè)安全管理和質量控制的重要內容之一。配電系統(tǒng)的保護會因大規(guī)模光伏發(fā)電的參與而受到影響，大規(guī)模光伏電源的接入，使配電系統(tǒng)改變了原有的運行方式，故障特征也隨之發(fā)生了變化，配電系統(tǒng)既有的中保護裝置無法發(fā)揮保護效果，例如由于光伏系統(tǒng)參與發(fā)電，配電系統(tǒng)的網架結構從原有的一個單電源變成了雙電源、多電源的拓撲結構，一旦有故障發(fā)生時，不管電流的方向還是大小都會較之前有所區(qū)別，致使原有的保護裝置會產生拒動保護或誤動現(xiàn)象，對電網系統(tǒng)的運行產生不良的影響。一些文獻中指出光伏電力系統(tǒng)的變壓器連接方式和常規(guī)連接方式相差很多，繼電保護的特性并因此而發(fā)生改變。此外，由于人為因素，個別工作人員在較為敏感的并網光伏變換器中隨意增加了一些不應有的保護設施，無形中影響了原有配電系統(tǒng)中變電站備用電源的正常使用。

2.5對小擾動穩(wěn)定性的影響

由于大規(guī)模光伏發(fā)電的電能來源于太陽能，因此在光伏系統(tǒng)并網運行的過程中，避免了機械與電磁量的穩(wěn)定性問題與失衡現(xiàn)象的發(fā)生問，但會卻存在小擾動穩(wěn)定性問題，造成電氣運行的不穩(wěn)定，制約系統(tǒng)功能的全面實現(xiàn)，導致電力系統(tǒng)運行不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩個運行點之中，其中一個會因處在高出力狀態(tài)而產生不穩(wěn)定現(xiàn)象，因光伏電力系統(tǒng)的電容存儲能力較差，當故障發(fā)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(fā)生而急劇上升，很難調整，進而導致電源的運行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以，電力系統(tǒng)在系統(tǒng)受到一些小干擾后，如光照擾動等，穩(wěn)定性會在一定程度上受到影響。

結束語

近幾年來，隨著大規(guī)模光伏發(fā)電的快速發(fā)展，不僅給電力系統(tǒng)和電力企業(yè)的發(fā)展帶來前景，同時也提高了人們保護環(huán)境的意識，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。因此，為了使大規(guī)模光伏發(fā)電能夠廣泛應用與發(fā)展，不斷滿足現(xiàn)代化建設的需求。因此，應該對光伏大規(guī)模發(fā)電系統(tǒng)進行深入研究，不斷了解其電網系統(tǒng)以及電網造成的影響，并對其進行深入探究分析，培養(yǎng)相關專業(yè)的專家和學者，對這些負面影響進行消除，從而更好地利用新型能源，不斷為人類社會做出貢獻和發(fā)展。總的來說，大規(guī)模光伏發(fā)電是現(xiàn)代社會發(fā)展的趨勢。

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