大規模光伏發電對電力系統影響綜述

劉坤艷　付偉

摘要：隨著社會發展的腳步加快，人們對能源的需求越來越大。電能作為人們生活與工作中最重要的能源之一，對人類進步起著不可替代的作用。近幾年，國家也在提倡新能源的開發，大規模的光伏發電進入電網，一方面滿足了人們的生活所需，提高了資源的可利用率，另一方面也帶來了不少的不利影響。本文通過對大規模光伏電進入電網對電力系統造成的影響進行分析，對其不利影響也提出了相應的改進措施，具有一定的現實意義。

關鍵詞：大規模;光伏發電;電力系統

隨著國家對新能源的重視，可利用資源已經越來越豐富，很大程度上緩解了我國多地區能源不足的問題，尤其是火力發電與水力發電的興起，為人們生活與工作提供了很大的便利。但是，在電力方面還是存在不少的問題，比如大規模光伏電進入電網，提高了輸電功率的同時，也引起了很多的安全問題，對整個電力系統產生了很大的影響。

一、大規模光伏發電系統簡介

（一）光伏發電系統中的陣列模型

光伏電池是光伏發電系統的組成部分之一，在研究光伏發電系統的時候，也需要對光伏電池進行研究。在對光伏電池進行研究時，需要研究電池內部的情況[1]。光伏電池的內部是以二極管模型為關鍵部件的等效電路，通過KCL的狀態來決定該光伏電池模型的數學表達式，包括對各參數的確定，比如電流、電源電壓、最大功率電壓等。根據這些參數來確定光伏電池模型的數學最終表達式，當然，光伏電池發電系統的參數模型中，其陣列模型主要是根據光伏電陣列的最終情況來建立的。在光伏電系統的最終陣列模型中，其陣列是以串聯和并聯的形式展現出來的。

（二）光伏發電系統的并網換流器和控制模型

在光伏發電系統的大型單元中的并網換流器處于一種暫態的方式。目前主要是通過光伏發電系統中的電壓來形成雙層結構的控制，包括內環和外環兩層控制。內環控制主要是通過電流控制，在衡量內環的電流值時要與外環的電流值相結合，然后經過換流器的處理操作后得到入網的電流值;外環控制主要是完成電壓的入網操作，在衡量外環的電壓值時要以內網的電流值作為參考，然后經過換流器的處理操作后得到入網的電壓值。

光伏發電系統的控制模型包括內環控制模型和外環控制模型。內環控制模型所采取的措施是用解耦的方式來確定換流器的狀態，然后根據換流器的狀態來確定解耦采取哪種處理方式，在處理的過程中所涉及到的因素構成了內環的控制模型。由實驗所得出，解耦能力包括有功解耦能力與無功解耦能力。光伏發電系統的外環控制模型則是根據實際需求來決定最終采取哪種措施進行相關的設計。

（三）構建光伏發電系統模型

構建光伏發電系統要根據該模型的方程式中的每個元素來進行相應的拆分，然后對拆分的各個元素進行狀態確定。在構建光伏發電系統模型期間會涉及到逆變器和MPPT的控制處理，其處理的不同狀態會有不同的狀態方程[2]。因此，不同的處理方式會有不同的模型，所以在研究光伏發電系統的模型時，選擇建模方式很重要，要根據不同的需求來選擇不同的建模方法。

二、大規模光伏發電對電力系統各個方面產生的影響

（一）光伏發電對有功頻率產生的影響

電力系統的主要供電方式之一就是大規模的光伏發電。光伏發電在為電力系統供電的過程中會呈現出一定的特性，主要包括：第一、光伏發電在發電的過程具有隨機性，會隨著發電的狀態而呈現出波動;第二、大規模的光伏發電系統的電源不會慣性轉動;第三、當光伏發電系統的電源處于低電壓時會使得無功狀態呈現變化的特性;第四、光伏發電系統可能會出現脫網的情況;第

五、光伏發電的控制模型的控制能力加強[3]。光伏發電的波動性發生改變時會影響整個系統的穩定性與平衡性，使得光伏發電系統的風險性變高。第

六、有功頻率發生變化。光伏電源是一種非動態的非旋轉形狀的電子元件，在運轉過程中會逐漸降低轉動慣量而使得光伏發電系統的功率發生改變，從而對發電系統的運行造成不良影響。

（二）光伏發電對功角穩定性產生的影響

光伏發電系統發電過程中，其自身并不參與功角的振動，所以發電系統在工作過程中并不會對功角的穩定性造成影響。但是，光伏發電系統的光伏發電電源的元件在工作的過程中會呈現隨機波動性和無轉動慣量的特性而使得發電系統加入大規模的光伏電后使得原電源的分布情況發生變化，出現多支分流的情況而使得整個系統的電流功率降低，影響發電的效果。另外，光伏電進入電網之后也會使得電網的性能發生改變，電網的性能受到影響之后會影響其系統內部的結構方式，電力的輸送方式也會發生變化而使得模的功能降低，對光伏發電系統的功角穩定性帶來影響。所以，當光伏發電系統發生故障時，一般會引起發電系統的內部出現脫網的情況，尤其是當發電系統出現集中化或者規模化的多重故障時，更容易導致脫網的發生[4]。因此，在對光伏發電系統進行改進時，要充分利用好光伏發電系統的內部結構，對工作過程中的低功率配電系統進行補充以維護系統的安全。

（三）光伏發電對電能質量產生的影響

當大規模的光伏發電電源進入電網時，電網的總電子元件就會增加，發電系統的功能就會提升，對信息的處理能力就會增強。但是要注意的是，有可能會出現電網污染的情況而使得電網內部部件的功率下降，導致輸送電能的質量降低。因此，要對電網輸送的電能質量進行維護與提升，可以通過對逆變器進行調速的方式來實現。采取對大規模光伏發電的逆變器的開關進行調速，使得整個電網內部的動態性能加強而提升電能的輸送能力，產生較大范圍的諧波而提高電能的輸送功率。從目前全球范圍的大規模光伏發電系統的工作過程來看，只采用一臺并網逆變器進行輸送工作，則產生的電流諧波很小，但如果采用多臺并網逆變器同時進行輸送工作，則產生的諧波較大，會發生疊加效應而可能使得輸送的電流過大。另外，大規模的光伏發電進入電網會使得逆變器出現并聯，這是由于產生了耦合反應使得并網逆變器的控制模型中的回路寬帶降低而導致的。這種現象發生后，最終輸送電流中的諧波就會出現超標。

（四）光伏發電對配電系統產生的影響

大規模的光伏電進入電網會使得光伏電源的特性發生改變而引起電網的繼電保護與裝置出現問題。根據近幾年全球范圍內的大規模光伏電進入電網后出現的問題的現狀來看，主要有這幾方面的表現：其一，由于大規模光伏電進入電網而使得繼電裝置出現問題，因為電網的內部結構復雜，雙電源與多電源的結構交織在一起使得電網的輸電過程的電流發生改變，導致電網設備出現故障[5]其二，大規模光伏電進入電網后，原系統中的變壓器就會發生改變，由一個電壓器變成了多個變壓器而使得變壓器和逆變器構成的回路改變，使得電網輸送電路中的電流發生巨大變化而對該電網造成破壞。

三、結語

大規模的光伏電進入電網后會對發電系統的電源產生巨大的影響而使得電源內部的特性發生變化，繼而出現一系列的問題。本文通過對大規模的光伏發電系統進行介紹，包括光伏電系統的陣列模型、光伏電系統中的并網換流器和控制模型。然后提出如何構建光伏電模型，指出不同的情況應該采取不同的建模方法來實現光伏發電系統的需要。在此基礎之上，深入研究與分析了大規模光伏電進入電網對電力系統產生的影響，包括對有功頻率、電能質量、功角和配電系統造成的影響。然后通過對近幾年全球范圍內的大規模光伏電進入電網造成的影響的現狀，提出了相應的改進措施，對大規模光伏發電對電力系統的影響的進一步研究提供了參考意見，具有可借鑒價值。

參考文獻：

[1]匡兆平·光伏發電對電網安全穩定的影響[J].江蘇科技信息，2017（35）：46-47.

[2]李建坤.光伏發電并網對電網運行的影響及解決策略[J].通訊世界，2017（13）：122-123.

[3]陳萬龍，周強，郝曉弘，etal.光伏電站接入混聯電網的穩定性影響研究[J].自動化與儀器儀表，2019（5）：100-104.

[4]馮華茂.大規模光伏發電系統并網影響的關鍵技術[J].科學技術創新，2017（10）：70-70.

[5]吳或.風光新能源接入對電網的諧波影響及抑制措施分析[J].現代制造，2017（33）：1-2.

作者簡介：劉坤艷（1981-），女，漢族，工程師，碩士研究生，研究方向：電網調度自動化。