關于降低大規模光伏發電對電力系統影響的研究

鄭彪

（大唐青海能源開發有限公司新能源分公司，青海 西寧 810000）

0 引言

社會經濟的不斷發展，使越來越多的能源被消耗殆盡，尤其是一些發電資源的消耗和浪費，嚴重違背了我國可持續性發展的戰略。因此，為了保證電力能源的正常供應，越來越多的人們開始把目光放在可再生能源的開發和應用上，以期緩解我國電力能源短缺的問題。光伏發電作為一種清潔型能源應用技術，逐漸被人們所關注和重視。然而，隨著光伏發電規模的日益擴大，其發電過程不可避免地出現了一些問題。其一，大規模的光伏發電會造成電壓的不穩，這不僅會影響輸電的質量，同時也會使電網的輸出功率發生改變。想要避免出現電壓不穩的問題，需要確保光伏發電和電網的負荷相吻合。然而，在大規模光伏發電的過程中，會經常性地出現電壓輸出功率和電網負荷不相同的情況[1]。其二，大規模光伏發電存在著電氣不穩定的問題，這一問題的存在會造成電源運用不穩定的情況，容易造成電力系統故障。如果這些問題得不到及時的解決和處理，必將影響電力系統的正常運行，影響電力能源的可持續供給[2]。面對此種情況，本文從五個方面來進行分析和說明，希望能夠為有關大規模光伏發電對電力系統的影響的研究提供一些有用的參考。

1 采用大規模光伏發電的新型輸電技術

隨著光伏發電在電力系統當中所占比重的日益增大，如何降低大規模光伏發電對電力系統的影響逐漸成為人們所關注的重點。大規模的光伏發電，尤其對于無功電壓方面的影響是比較巨大的。要知道，在無特殊情況下，大規模的光伏發電需要在海拔較高且日照充足的地區進行，而這些地區往往人口的數量較少，一般情況下對于電力的需求也不大。因此，多數情況下不會出現電力超負荷的情況出現。然而，為了滿足其他地區日益緊張的用電需求，這些對電力需求較少的地區，往往會將電能進行遠距離的輸送，而在輸送的過程中難免會出現一定的電力波動，進而對電網的平衡性造成一定的影響。另外，受技術水平的限制，大規模的光伏發電會對電力系統中的電壓質量造成一定的影響，甚至還會造成電壓幅值的超限，進而威脅電力系統的正常運行。為了有效改變這一現狀，需要更新光伏發電的輸電技術，采用新型輸電技術。

舉例來說，為了改善電能遠距離輸送過程中可能出現的電力波動問題，一方面，可以巧妙地利用配備有FACTS 裝置的交流輸電技術，借此來推動電力系統的升級。比如，可以在一些海拔較高且日照充足的地區廣泛安裝多種類型 FACTS 裝置，以此來不斷提升對外輸送電力的能力[3]。另一方面，則可以廣泛采用新型的直流輸電技術，從而有效整合各種可再生發電能源，以期解決我國地區發電能源不平衡和不穩定的問題。比如，鼓勵和引導更多的地區廣泛使用以新型直流輸電技術為主的輸電技術，并在此基礎上進行創新，根據不同地區的實際情況來做出調整和優化，從而實現對我國傳統直流輸電模式的補充和發展。

2 采用光伏發電電廠所規劃的設計技術

電能質量是相關電力企業賴以生存和發展的基石，只有維持電力系統穩定且正常的運行，才能擴大電力系統的容量，促進電力系統框架結構的改變。如果電能質量得不到良好的保障，不僅會增加電網的控制難度，同時也會影響用戶的用電體驗，給諸多用戶造成不便。為了有效應對和解決這一問題，需要分析和研究影響電能質量的原因是什么，并在此基礎上聯系光伏發電電廠，采用光伏發電電廠所規劃的設計技術，以此來解決電能質量不穩定和缺乏可靠性的問題。

舉例來說，在整個光伏發電系統的構筑過程中，光伏發電站的規劃與設計問題是重中之重，只有解決光伏發電站的規劃與設計問題，才能保證電能質量的穩定性和可靠性。其一，需要解決光伏發電站的安裝地點選擇問題。因為光伏發電依靠的是太陽能，因此，在建立光伏發電站時，其地點的選擇應該在海拔高且受光照充足的地區。其二，則需要解決光伏發電站的安裝容量問題。光伏發電站的容量規劃主要有獨立光伏系統、混合光伏系統等，為了保證電能質量，需要做到因地制宜，綜合考慮。其三，則需要解決光伏發電站的規劃與設計過程中所存在的投資時間和投資成本問題。在此過程中，需要建立工程壽命周期內系統的投資成本、運營維護成本以及重置成本的經濟模型，并通過計算分析，進而找出性價比最高的模式[4]。其四，光伏發電站的規劃設計需要滿足安全性高、可靠性強、高效的原則，為此，在選擇光伏發電設備時，盡量不要貪圖便宜，應當選擇一些性價比高、質量好、使用年限久的設備。其五，則需要從光伏模塊和逆變器模塊的使用數量、光伏模塊的安裝傾角以及光伏模塊和逆變器的最優組合入手，著重解決光伏發電所存在的電能質量問題。

3 采用以光伏消納為主的綜合規劃技術

與其他發電方式相比，光伏發電不僅污染較少，不需要電能的存儲，而且在釋放電能的過程中，能耗較少，運用率高，能夠有效保證人民群眾日常的用電需求。隨著光伏發電的規模化應用，是用電的安全逐漸成為了人民所關注的重點。如何更好地保證電力系統正常的運行是電力企業加強光伏發電安全管理和質量控制的關鍵所在。就電網規劃而言，針對大規模光伏發電，倘若不運用恰當的保護設施來加強對配電系統的保護，必定會影響用電的安全。而采用以光伏消納為主的綜合規劃技術，能夠有效改變和解決大規模光伏發電過程中可能存在的用電不安全的問題。

舉例來說，一方面，需要合理采用以光伏消納為主的綜合規劃技術。在此過程中，需要切實加強區域內高壓電網的建設，并在此基礎上加強區域電網的跨省合作，做好特高壓直流在內的跨區外送通道的規劃工作，從而有效提高輸電通道的利用效率。同時還需要綜合考慮地區內水電、風電、火電等各類發電資源的配合，協調好運行和外送，提高各個區域電網的消納能力[5]。另一方面，則需要采用以光伏消納為主的精細化光伏預測技術。其中，需要以太陽能資源的預測為基礎，進而預測光伏發電功率；還可利用天氣預報數據直接對光伏電站的輸出功率進行預測。

4 采用光伏消納的有功或無功控制技術

對大規模光伏發電系統運行的實際情況進行研究可以發現，光伏發電所產生的電能是經過變壓器和逆變器而直接轉入電力系統的。在此種形式下，所產生的電能是具有一定波動性的，而這種波動性難免會對電力系統原有的電網通道造成一定的影響，比如，造成電網通道傳輸功率的下降或使電力系統的等效慣量減小等。由光伏發電系統引起的這種問題會造成電網功能穩定性出現變化，進而影響電力系統的正常運行。為了有效改變這一現狀，需要對現有的電力控制系統進行優化，盡量選擇采用光伏消納的有功或無功控制技術來保持光伏發電系統的正常運行。

舉例來說，為了解決光伏發電在并入電網后所造成的電網有功、無功運行難以有效控制的問題，可以從幾個方向來展開。其一，需要著重分析和研究當前光伏電站和調度主站的實際建設情況，根據用電的現實需求加快有功頻率控制和無功電壓控制系統的構建。其二，則需要建立和健全光伏發電數據采集通信機制，提出能夠有效滿足當前光伏發電需求的有功或無功控制模式和方式，以此來建立起較為完善的光伏發電信息搜集和處理系統。其三，則需要更新電力系統，將光伏發電納入電力系統當中，著重實現調度主站對光伏電站的有功、無功閉環控制，提升大規模光伏接入后的頻率、電壓質量以及發電經濟性。當然，在此過程中，還需要確保光伏發電信息的實時性，以此來保證光伏發電信息能夠及時地傳遞，切實做好發電系統的把控工作。

5 結論

綜上所述，大規模光伏發電的普及和推廣，不僅迎合了我國節能環保的戰略目標，同時對于增強人民群眾的環保意識，推動電力企業的變革和電力系統的升級換代有著積極有力的影響。為此，為了降低大規模光伏發電對電力系統的影響，保證其正常的運行，不僅需要正視光伏發電在電力能源供給當中的重要性，而且還需要積極尋求和探索科學且可行的光伏發電模式，在掌握光伏發電的特征和優勢基礎上，提高光伏發電的技術水平，切實做好電能的供給和服務工作。當然，在此過程中，還需要靈活使用新型發電技術，以此來幫助實現節能減排的目標。