探析大規模光伏發電對電力系統的影響

王皓

（江蘇 南京 210000）

我國電力能源組成以火力發電為主，然而化石燃料不僅對生態環境造成嚴重破壞，隨著其儲量的下降更會引發能一系列能源安全問題。因此，新型能源的大力開發與利用成為了一個必然選項。近年來我國光伏發電項目的規模越來越大，逐漸改變著電能供應結構，大批的燃煤電廠預建項目得以叫停，對我國中長期發展規劃具有重要意義。因此，保證電能供應安全穩定，探究大規模光伏發電對電力系統特性的影響已經成為一個研究熱點。

一、大規模光伏發電對電力系統的影響

（一）功率特性的影響

受太陽能供給穩定性，天氣因素，光照角度等影響，光伏系統存在熱能供應波動隨機性較大，取能模塊為靜止安裝，無功低電壓穿越特性，供能系統抗擾動能力差，發電系統過負荷能力差等問題，這些特性使光伏發電在并入電網后極易引起系統穩態和暫態效應的改變，從而對電網系統的穩定性造成不良影響[1]。光伏發電系統功率的隨機波動性會在一定程度上破壞電網系統平衡，增加了電力系統在電能調度和頻率協調上的困難。此外，光伏發電并網使電網系統形成了多電源的架構，使配電網的電壓穩定性，頻率穩定性受到巨大沖擊，也讓電網潮流控制變的更加復雜。

（二）電壓特性的影響

目前我國光熱能充足的地方一般都處經濟欠發達，能源需求量較低，電網容量較小的偏遠荒漠地區，這種情況會使光伏電能在超遠距離輸出時發生一定困難，電網電壓極易受外部環境影響而波動，不利于電力穩定輸送。此外，光伏發電受限于無功電壓補償不足的問題，使電壓頻率超限的概率大大增加。

（三）相角穩定性的影響

電網系統的潮流分布與電力系統的等效慣量以及功率相角會由于光伏系統無轉動變量且隨機波動性較強等特性而受到影響。第一，受到異常穿越能力不足問題的影響，光伏系統容易出現拖網現象，從而破壞電力系統穩定性。第二，不同于傳統火電廠穩定可調的熱能獲取方式，光伏發電缺乏穩定的動態能源支撐，使其在接入電網后影響電能輸送的電壓穩定性[2]。第三，與傳統發電機組的并網逆變器控制模式不同，也會使電力系統穩定性發生震蕩。

（四）小擾動穩定性的影響

光伏發電會引起電力系統電氣設備的失穩。光伏電力系統在故障發生時，由于其直流電容儲量較小使得控制直流側電壓上升的效率較差，進而影響到電源的穩定運行，由此看見，小的光照擾動也會使得電力系統穩定性受到影響。

（五）配電保護系統的影響

光伏電源對配電系統存在很多影響。首先，光伏電源并入配電網，改變了配電網的故障特征，原有的配電系統變成了多電源構架，電流電壓的差異會使配電系統保護裝置在故障發生時出現動作異常現象。其次，配電網繼電保護的布置會因光伏電力系統變壓器異于常規的連接方式發生改變。此外，光伏發電還會改變PV系統的反弧島保護時間，變電站的自投裝置。

（六）電能質量的影響

大規模光伏大量的非線性負載容易引發電能的質量問題。逆變器開關速度較快會使電力系統發生諧波疊加現象，加上直流電源的波動使得對故障位置的判斷出現失真，保護裝置發生異動，進而影響了電能的質量。

二、降低大規模光伏發電對電力系統影響的策略分析

（一）改進電力輸送技術

第一，選擇通道沿線安裝高抗、無功補償SVC，串補等，使長通道外送光伏電源得到更好的管控。第二，利用特高壓直流輸電技術成本投入少、連接密集的直通性特點，為大規模光伏電站的建設創造了更多可行條件。第三，通過引進新型直流輸電技術（VSC-HVDC），借助一定規模的資源交互穩定光能的功率間歇性，更為有效的構建光伏電網結構。第三，在偏遠地區通過對半波長輸電與分頻輸電特征發展空間的分析，發展適合光伏電能超遠距離輸送的技術。

（二）光伏電站設計改良

首先，對光伏電站的選址、修建技術、規模布置等方面進行全面調研，合理配置光伏模塊與逆變器數量，并依據當地光照實際情況選擇合適的安裝角度。同時，應當把控電站的建設成本。其次，對電站的規模大小、光伏系統、裝機容量等子系統進行合理規劃，應用新技術結合地區經緯度信息建造動態光照跟蹤光伏模塊，提升對光能的利用效率。此外，在計算工程資金投入時，光伏電站設要兼顧供電穩定性，經濟適用性，生產安全性，進一步的還要改進光伏發電站的連接網絡拓撲結構，將集中式與組合式相結合以實現后期運營維護成本的降低[3]。最后，利用計算機進行參數推算，得出不同穩定性標準，基于光伏電站穩定性的評價得出光伏發電容量的最佳值與電站輸送穩定性估計，進而定位光伏電站最終的建設規模。

（三）優化電網設計

科學的電網設計有助于降低大規模光伏發電對電力系統的影響。例如，利用高壓輸電技術將光伏發電站電能輸送至省級電網負載基地，進一步采用特高壓直流輸電技術實現光伏電能的跨區遠距離輸送。隨著新能源電網的不斷并入，打破傳統配電結構建立新型的現代配電網已經成為了相關技術人員急需解決的主要任務之一。

三、結論

大規模光伏發電工程的建設符合我國可持續發展戰略要求，是“綠水青山就是金山銀山”的環保理念得以落實到實處的重要舉措。本文通過對大規模光伏發電對電力系統功率特性、電壓特性、擾動影響、配電系統保護、電能質量等方面的分析闡明了光伏發電在實際工程應用中尚需解決的諸多問題，并提出了部分改進策略。然而，大規模光伏發電在應用技術方面仍然處于上升階段，許多領域還很不成熟，因此，加強對光伏發電系統的理論研究并積極推進技術革新對進一步完善我國新能源體系，實現能源結構調整，促進經濟持續健康發展，保護生態環境具有重要意義。