大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響綜述

張義金

摘要：我國現(xiàn)代社會快速發(fā)展，科學技術(shù)水平也在不斷的提高，人們的環(huán)保意識和也越來越高，新能源也隨之出現(xiàn)，現(xiàn)在技術(shù)比較成熟的新能源就是光伏發(fā)電技術(shù)了，這個技術(shù)可以緩解人們用電的需求。但是，事實上，傳統(tǒng)的水火發(fā)電方式和利用光伏進行發(fā)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(fā)電的時候可能會影響到電力系統(tǒng)的頻率和電壓，本文將會分析大范圍的使用光伏進行發(fā)電對電力系統(tǒng)造成的影響

關(guān)鍵詞：大規(guī)模光伏發(fā)電;電力系統(tǒng);影響

電能是我國的主要能源來源，對我國國民經(jīng)濟起著重要的作用。隨著人們對電能需求的增多，發(fā)電形式也在不斷增多，水力發(fā)電、風力發(fā)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(fā)電是近年來新興的發(fā)電方式，光伏發(fā)電的出現(xiàn)和推廣，給人們的生產(chǎn)、學習、工作帶來了諸多便利，緩解了資源緊張、能源匱乏、環(huán)境污染等問題。因此，如何通過對大規(guī)模光伏發(fā)電的原理、構(gòu)成等的分析，闡述大規(guī)模光伏發(fā)電對供電系統(tǒng)的影響是值得研究的課題。

1大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

大規(guī)模光伏發(fā)電運用的是太陽能，屬于清潔能源，和其他能源相比，污染少，不需要電能的存儲、釋放等中間過程，能耗低，運用率高，增加了電能的輸出量，更好地保障了人們的能量需求，所需場地空間小，簡單方便，光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑群中的有效運用，使建筑布局更科學更合理，建筑物的外觀結(jié)構(gòu)更具特色，更吸引消費者。大規(guī)模光伏發(fā)電的實質(zhì)是運用發(fā)電系統(tǒng)將儲存的太陽能轉(zhuǎn)化成符合人們需求的電能的過程，是直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。并網(wǎng)逆變器是完成這一過程的主要設(shè)施，集中式大型并網(wǎng)電站和分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電的兩種不同形式，集中式大型并網(wǎng)電站可以直接在站內(nèi)完成電能的轉(zhuǎn)化，實施用戶配電，適合國家級電站，而居民建筑常采用分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，便于光伏建筑一體化建設(shè)。

2大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

2.1配電系統(tǒng)保護問題

用電安全是電力系統(tǒng)永恒的話題，為更好地保證電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，運用恰當?shù)谋Ｗo設(shè)施合理保護電網(wǎng)設(shè)備，是電力企業(yè)保證配電系統(tǒng)的安全、加強安全管理和質(zhì)量控制的重點。大規(guī)模光伏發(fā)電的介入，會在一定程度上影響了配電系統(tǒng)的安全保護，大規(guī)模光伏電源的接入，改變了配電系統(tǒng)原有的運行方式，原有的故障特征也發(fā)生著變化，使得原有的配電系統(tǒng)保護裝置很難發(fā)揮其保護作用。例如，發(fā)電因光伏系統(tǒng)的參與，既有的單電源配電系統(tǒng)改成了雙電源、多電源的拓撲結(jié)構(gòu)，當出現(xiàn)故障時，電流的大小、方向都和原來有所不同，引發(fā)原有的保護裝置出現(xiàn)拒動保護、誤動等不良反應(yīng)，進而影響電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行。根據(jù)一些權(quán)威文獻的闡述，也證明了變壓器在光伏系統(tǒng)中的連接方式不同于常規(guī)連接，使繼電保護特性受到干擾。其次是人為干擾對繼電保護特性造成的影響，并網(wǎng)光伏變換器非常敏感，由于個別工作人員私自在變換器中安裝保護設(shè)施，無法正常使用既有配電系統(tǒng)中變電站備用電源。

2.2對電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)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(guān)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(jié)構(gòu)和原來有明顯區(qū)別，電網(wǎng)的潮流分布更難控制，電壓質(zhì)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(zhì)量的提高，逆變器開關(guān)的反應(yīng)過慢，輸出失真，進而產(chǎn)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(guān)研究證明，只存在一臺并網(wǎng)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(wǎng)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(zhì)量的主要原因有逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中電網(wǎng)阻抗的耦合效應(yīng)，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(chǎn)生電源波動等，另外，由于時代的發(fā)展，使用電子設(shè)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。

2.3有功頻率特性的變化

在光伏發(fā)電的電流傳輸過程中隨機波動頻繁出現(xiàn)，導致低電壓傳輸?shù)臒o功或有功動態(tài)，要想保證電流順利通過，減少和避免因此對設(shè)備和元件的所造成的損害，就會影響系統(tǒng)的負荷能力，加大了維持系統(tǒng)的有功平衡的難度，電網(wǎng)的運行特性也會因此受到很大影響，既有電力系統(tǒng)一般都設(shè)置備用系統(tǒng)，但光伏系統(tǒng)的介入，改變了原有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了滿足電流的傳輸要求，只能換掉原有的常規(guī)電源，一旦遇到突發(fā)情況，系統(tǒng)的應(yīng)對能力大大降低，頻率的變化導致系統(tǒng)的整體運行效果降低。此外，由于光伏系統(tǒng)的接入，系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量因光伏系統(tǒng)的存在而減小，系統(tǒng)的應(yīng)對功率因此而產(chǎn)生波動，嚴重影響系統(tǒng)的有功頻率特性。另外，可能會出現(xiàn)頻率和質(zhì)量超過限定的數(shù)據(jù)的問題;接入光伏系統(tǒng)之后，采用優(yōu)化的策略，除此之外還需要及時的對常用的機組等一些設(shè)備的電源頻率進行合適的調(diào)整，光伏電源的實質(zhì)是沒有旋轉(zhuǎn)的靜止的原件，如果接入的光伏的規(guī)模太大可能會影響系統(tǒng)的等效構(gòu)建所具有的動能，但是也可能會導致系統(tǒng)的功率缺少的更加嚴重，頻率迅速變化的風險也會加大，這樣會不利于系統(tǒng)的正常運行。

2.4影響無功電壓的特性

由光伏發(fā)電系統(tǒng)自身性質(zhì)決定了它的選址，要在地勢較高、光照充沛的戈壁灘、沙漠等地帶，這些區(qū)域人煙稀少，對電能量的需求量較小，因此，電系統(tǒng)的負載數(shù)量少，電路負荷能力不佳，電網(wǎng)的短路容量就不是很大。在光伏發(fā)電系統(tǒng)當中，電網(wǎng)的短路容量較小，光伏發(fā)電主要以遠距離高壓輸送方式來進行電能的運送，電能在長距離的運送過程中會產(chǎn)生隨機波動，由隨機波動所產(chǎn)生的有功出力會通過穿越近區(qū)電網(wǎng)以及長距離的輸電通道，改變電網(wǎng)運行的無功平衡，母線電壓的波動因此幅度加大，制約了電網(wǎng)的整體平衡。加之在具體運行過程中，光伏電源無功電壓支撐能力下降，也是影響電壓的穩(wěn)定性的因素，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)，改變了一些地區(qū)的既有電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)，使電壓質(zhì)量下降。

3結(jié)語

大規(guī)模光伏發(fā)電的普及推廣，符合我國節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略目標，是促進可持續(xù)發(fā)展的具體體現(xiàn)。對增強人們的環(huán)保意識，幫助人們養(yǎng)成良好的用電習慣、對促進電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這一技術(shù)在電力系統(tǒng)的運用，使人們真正意識到節(jié)約用電的重要，為電力企業(yè)的生存和發(fā)展開拓了更廣闊的空間。本文通過對大規(guī)模光伏發(fā)電的重要意義和原理闡述，從對配電系統(tǒng)保護問題、對電能質(zhì)量的影響、影響小擾動穩(wěn)定性、有功頻率特性的變化、影響無功電壓的特性等方面分析了大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響，進而提高電能質(zhì)量。加強對大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究力度和運用推廣，提高技術(shù)水平，把握光伏發(fā)電的特點和優(yōu)勢，切實做好電能供給和服務(wù)工作，促進社會經(jīng)濟地發(fā)展是電力企業(yè)義不容辭的職責，通過分析為業(yè)內(nèi)同行對光伏發(fā)電的理論研究和實際應(yīng)用提供科學依據(jù)和理論參考。

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