大規模光伏發電對電力系統影響綜述

王超

【摘 ?要】在社會經濟水平顯著提升的背景下，可再生能源并網發電成為主要的發電趨勢，為了有效地應對能源緊張的形勢，加大新能源的開發力度，需要對當前電力系統運行的能耗狀況給予更多的關注，提高系統長期運行中的能源利用效率，為新形勢下電力系統穩定運行及服務水平提升提供保障。基于此，本文將結合大規模光伏發電的相關內容，從多個方面闡述其對電力系統影響，以便優化系統的服務功能，拓寬發電方式研究思路。

【關鍵詞】大規模;光伏發電;電力系統;影響

引言

電力系統在傳統模式的制約下不但消耗更多的能源，而且極大地影響著我們居住的環境，不僅對電力系統未來的發展產生一定負面影響，還阻礙了電力企業的進步。為了改變這種負面影響，主要從大規模光伏發電入手，不斷提高光伏發電的調度、規劃等方面的控制，從而使得在具有大規模光伏發電支持下的電力系統能夠不斷的提升和發展。接下來我們將詳細對大規模光伏發電對電力系統的影響進行闡述和說明。

1光伏發電及并網發電系統簡介

1.1光伏發電

太陽能光伏發電是基于光生伏特效應而產生的一項新型技術，依托于半導體界面，可以實現光能向電能的轉化。基于光子的能量特性，當半導體獲得一定強度的太陽光照時，該部分光子將會形成帶負電荷的電子，由于這一過程伴隨著失電子現象，此時會形成大量空穴。基于PN結靜電作用，兩個半導體之間持續表現出動態平衡狀態，PN結伴有電勢差現象。此時若將其接通外部負載，電流便會流過負載。而后在逆變器的作用下可以將直流電轉變為交流電，通過直接或間接的方式接入電網中。

1.2光伏發電并網系統基本概念

按照一定組合排列的光伏組件在光照條件下通過光生伏特效應產生光電流和光電壓。然后將電流送入逆變器和變壓器形成穩定的高壓交流電，最后直接輸送至公共電網。這一過程稱為光伏發電并網系統。其中光電流及光電壓受控于光伏電池的矩陣排列形式。該過程不涉及蓄電池存儲電能，因此有效降低了電能在輸運過程產生的損耗和流失，進一步提高了光伏發電的利用率。

2光伏發電系統的現狀分析

目前在我國農村的工業供電以及通信、荒漠光伏供電中都大量應用光伏發電系統，目前被大量使用的是獨立光伏發電，這是指通過光伏組件方陣能夠為一個區域的居民和住戶提供用電的系統，這種獨立光伏發電規模較小，范圍有所控制，從而才能保證整個區域的居民用電和電壓正常。近幾年來，這種光伏發電系統被大量應用于荒漠以及偏遠山區之中，由于他們的用電量較小，這種供電系統才能保證供電質量和安全。在我國的光伏發電系統運用過程中，除了獨立光伏發電系統，還有并網光伏發電系統。并網光伏發電相對于獨立光伏發電來說，應用范圍更廣，主要應用于軍事、城市應用、野外以及石油、通訊等各個方面。此外，在近幾年的發展過程中，并網光伏發電的大規模應用還在不斷發展和擴散。而我們所提到的獨立光伏發電和并網光伏發電以及大規模光伏發電，大部分還是取決于太陽能光伏發電。但是，目前我國在太陽能光伏發電的應用上還存在著很多問題與不足：第一，我國光伏發電的基本材料不足，大部分都需要國外進口。第二，用于光伏發電的太陽能電池大量用于出口，在光伏發電的使用上不足。第三，我國對于太陽能光伏發電的基礎設施等維護不到位，使光伏發電發揮不出其原有的價值。第四，相關法律政策實施不到位，無法保證光伏發電的正常運行。總的來說，光伏發電雖然存在著很多的不足與問題，但是前景光明。通過不斷分析大規模光伏發電對電力系統的影響，并制定出相應的解決措施與方法，能夠不斷解決問題，使光伏發電得到有效利用。

3大規模光伏發電對電力系統的影響

3.1對有功頻率特性的影響

結合光伏發電的實際應用情況，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特性有所差異，且電源的抗擾動能力弱，會引發脫網故障;對逆變器依賴性強，具有良好的四象限控制能力。光伏發電這些方面的特性給電力系統的有功功率產生了一定的影響。具體包括：會影響系統的調頻效果、調度過程中的經濟性;備用設備的優化策略發生變化;系統既有的等效轉動慣量發生變化，會使極端條件下的頻率變化幅度加大;保護動作異常等。

3.2光伏發電系統配電系統保護的影響

目前，為了保證電網系統正常運行，工作人員一般通過增加一些保護裝置確保系統能夠安全穩定。當大規模光伏電源與配電網結合時，由于光伏發電自身的隨機波動性等因素，其會導致配電系統的內部特征發生一定的變化。具體如系統的有功平衡，并且繼電保護和自動裝置系統均會受到影響。這可歸因于電網系統的網架結構在光伏發電系統并入后，由單電源轉化成為雙電源或多電源的拓撲結構。除此之外，配電網中原有的變壓器連接方式因接入光伏電源，使得逆變器與變壓器之間的回路發生改變，增加電路中零序電流，從而對電網系統的故障特征帶來影響。

3.3對電能質量的影響

電能質量是電力企業綜合實力和社會信譽的重要標志，也是電力系統運行管理的關鍵，光伏發電系統的并入，擴大了系統的容量，由于所接入的發電機組和原來的數量與規模有很大區別，使繼電系統的整體框架結構和原來有明顯區別，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，由于大規模光伏系統的介入，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域的光照變化的加快而增大，甚至出現波動疊加現象。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，電路中同時并聯多臺并網逆變器時，輸出較大的電流諧波，會超出規定的標準。影響電能質量的主要原因有逆變器并聯系統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，用電消耗的持續時間較長，電能量消耗總量增加，電力系統的運行負擔越來越重。

3.4對電壓的影響

目前在我國大規模光伏發電主要應用在沙漠地區，但是在沙漠地區上的電網容量小，負荷水平低。但是，大規模光伏發電要通過長距離的電網運數送達，在此過程中會對周圍的電網以及電路電壓造成影響。與此同時，無功電壓的控制能力差，發生危險的可能性強，很可能使得所通過的電網其原本構架改變，使得單一電源變成兩個及其以上電源，這樣整個電網的控制力度下降，極容易造成危險。

結語

綜上所述，電力系統未來發展中重視大規模光伏發電的高效利用，對自身生產效益增加及輸電能力提高至關重要。因此，現代電力企業在構建電力系統的過程中，應對系統的整體規劃設計、能耗狀況、輸電性能等進行充分的考慮，加強大規模光伏發電方式的合理使用，促使電力系統能耗狀況得以改善，能夠長期處于穩定、高效的運行狀態，最大限度地滿足可持續發展戰略的實際需求。

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（作者單位：宿遷綠能電力有限公司）