光伏發電系統對電力調控的影響

尹海洋 關海彬

摘要：近年來，隨著社會經濟的發展，人們的生活水平不斷提高，對電設備的運用越來廣泛，對電能的需求也隨之增多。這對電能的供應提出了更高的要求，也是對電力企業的嚴峻考驗。隨著我國節約能源和保護環境的可持續發展戰略的提出，能源問題更加凸顯，大規模光伏發電恰恰緩解了這一問題，可是又會使原有的電力系統發生一些相應的改變，所以，分析大規模光伏發電對電力系統所產生的影響是十分必要的。

關鍵詞：光伏發電系統;電力調控;影響

引言

隨著我國經濟的發展，能源與資源的消耗對環境的影響日益嚴重，光伏發電作為清潔能源其開發利用顯得日益重要。光伏發電系統具有資源普遍、無污染，設備可靠，維護簡單并受地域條件限制小的特點。并且，我國太陽能資源十分的豐富，排除西南以及黑龍江邊境地區外均為高太陽能資源區，這對發展光伏發電系統十分有力。同時，光伏發電也存在著諸多問題，如功率輸出不穩定，可調度性差，并具有間歇性發電和隨機波動性變化的特點。這些都對電力調控造成一定影響，對電力調控工作的管理與操作提出了一定的挑戰。因此，本文就光伏發電系統對電力調控的影響進行了分析與探討。

1光伏發電系統簡介

從光伏發電系統的組成上考慮，具體可劃分為四部分：①太陽能電池方陣，是吸收光能的主要設備，其兩端會形成異性電荷積聚現象，并隨之形成電動勢。②蓄電池組，工程中最為常用的為鉛酸電池，它可以起到電能儲存的作用，待到陰雨天等非日照環境時可以為負載持續供電，蓄電池組的放電量不可過大，應具備高效率的充電特性;③充放電控制器，此結構服務于蓄電池，當蓄電池處于放電狀態時可以對其進行調節，從而杜絕蓄電池過度充放電的現象，在調控過程中以負載需求為準則，合理控制電能的輸出量;④逆變器，在其作用下可以實現低壓直流電向交流電的轉化，從而為負載提供可使用的電流，逆變器種類較多，在光伏發電系統中常見的為并網逆變器。

2光伏發電對電力調控的影響

2.1影響無功電壓的特性

光伏發電系統本身是依靠太陽能資源產生電能，日照越充足產生的電能才越多，基于這一運行特點，國內很多光伏發電系統在建立之時都會選擇海拔高、日光足的地方，比如像戈壁灘或者沙漠等處，或是其他人煙稀少的“無人區”。這些地段由于位置偏僻，電能的需求量少，相應的電系統負荷也不需要太高，因此也使得國內的光伏發電系統存在一個常見現象，就是以光伏發電系統供電的電網其短路容量很低。因為光伏發電系統需要日光充足的地方，而其產生的電能都需要用遠距離高壓輸送到千家萬戶，在這一運輸過程中，電能就可能發生隨機波動，對于電網運行的無功平衡影響很大，因為隨機波動的有功出力會穿越近區電網和長距離的輸電通道，從而對無功平衡產生沖擊，使得電網的整體平衡性都受到影響。

2.2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。

2.3分布式發電對繼電保護的影響

絕大多數的配電系統均屬于一種放射狀結構，之所以采取這種結構七畝地也是為了能夠維持運行的簡單性及過電保護的經濟性。當分布式電源接入后，系統原本的放射狀網絡也逐漸轉變為全系的遍布電源和用戶互聯的網絡，此時潮流也不再如之前一樣單向的從變電站母線流向各負荷，進而也對系統的繼電保護產生較大影響。首先，分布式電源在運行時可能會造成繼電保護失效，其主要也是由于分布式電源所產生的故障電流引發經過饋線繼電器的電流減小所致。其次，分布式電源接入后可能會造成繼電保護發生誤操作，相鄰的饋線故障可能引發之前不存在故障的饋線發生跳閘。

2.4繼電保護方面

光伏發電系統的并網使得電網中的潮流具有了雙向性，并且電網故障時短路電流的大小、方向以及分布也會因此而有所改變。因此光伏發電系統與系統變電站均需要裝設繼電保護裝置，防止故障后的系統失穩與對系統反送電，保護光伏發電站本身也保護系統不受到故障多次沖擊。當已并網的光伏發電系統向大電網輸入功率時，會使原繼電保護裝置的保護范圍縮小，從而影響到繼電保護裝置工作的靈敏性與可靠性。

2.5孤島效應

現實工程案例表明，光伏發電并網工程時常會產生孤島效應，而這將對電網造成直接的影響。由于電網線路采用的是直接與光伏發電系統相連的方式，一旦線路出現故障，系統難以判斷是否發生停電現象，因而無法停止供電，這種持續供電的現象將會作用于公共電網，進而形成供電孤島。①威脅電網運維人員的人身安全。當出現故障時，并網逆變器并未受到影響，此時依舊向周邊供電。若維護人員依然在進行線路檢修，極容易觸電甚至對生命造成威脅;②損壞用電設備。當電網不再供電后，孤島區域的穩定性將受到影響，電壓與電流將出現異常波動現象，若電網尚未配備儲能元件，將會直接對用戶造成影響，致使其負荷出現電壓閃變現象，對用戶電氣設備帶來威脅;③損壞電網設備。當恢復正常供電后，分布式光伏輸出特性并不穩定，與電網電壓之間難以同步，并在瞬間形成強電流，從而給電網設備造成威脅;④對用戶電壓產生影響。當分布式光伏并網系統處于正常運行狀態時，它將與并網之間表現出穩定的連接特征，一旦二者出現斷開現象，對于配電網而言將會出現三項負載不對稱現象，以往的單向供電模式受到破壞，此時用戶的用電質量受到嚴重影響。

結束語

綜上所述，科技的發展給新能源事業提供了堅實的技術基礎，此時光伏發電并網技術也隨之獲得了空前的發展。當下光伏發電站并網規模在逐步擴大，其對電力調控的影響將進一步加深，如何在新形勢下既保障光伏發電的發展又保障電網運行的安全與穩定將是供電公司調控部門工作的重中之重。由于光伏發電自身的不穩定與不確定性，傳統的工作方法必將無法滿足新的工作要求。這就要求不斷結合情況發展制定可行的辦法，調整電網結構、繼電保護配置與管理手段，做好精心調控，科學規劃，促進光伏發電新能源技術的發展。基于提升光伏發電并網穩定性的目的，相關部門應加大此領域的研究力度，積極引入人才，搭建高水平化的科研平臺，從而優化諧波以及電壓閃變現象的解決機制，確保電力系統能夠安全、穩定地運行。

參考文獻

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