吳愷琳

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，對(duì)電設(shè)備的運(yùn)用越來廣泛，對(duì)電能的需求也隨之增多。這對(duì)電能的供應(yīng)提出了更高的要求，也是對(duì)電力企業(yè)的嚴(yán)峻考驗(yàn)。隨著我國節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，能源問題更加凸顯，大規(guī)模光伏發(fā)電恰恰緩解了這一問題，可是又會(huì)使原有的電力系統(tǒng)發(fā)生一些相應(yīng)的改變，所以，分析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響是十分必要的。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；電力系統(tǒng)；影響探究

電能是我國的主要能源來源，對(duì)我國國民經(jīng)濟(jì)起重要的作用。隨著人們對(duì)能需求的增多，發(fā)電形式也在不斷增多，水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、核電站、沼氣、潮汐能等為電能來源提供了更多的方式，光伏發(fā)電是近年來新興的發(fā)電方式，光伏發(fā)電的出現(xiàn)和推廣，給人們的生產(chǎn)、學(xué)習(xí)、工作帶來了諸多便利，緩解了資源緊張、能源匱乏、環(huán)境污染等問題。因此，如何通過對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電的原理、構(gòu)成等的分析，闡述大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)供電系統(tǒng)的影響是值得研究的課題。

一、原理及優(yōu)勢(shì)

大規(guī)模光伏發(fā)電就是把太陽能發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變成符合實(shí)際供電需求的交流電的過程，這種轉(zhuǎn)換通過并網(wǎng)逆變器完成，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括兩種形式，集中式大型并網(wǎng)電站和分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，前者電能在發(fā)電站內(nèi)就能完成轉(zhuǎn)化，可以直接進(jìn)行用戶配電，適于大型的國家級(jí)電站，后者廣泛運(yùn)用于居民建筑，適于光伏建筑一體化。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)不需要能量的存儲(chǔ)和釋放過程，減少了能源的損耗，提高了電能的運(yùn)用效率。大規(guī)模光伏發(fā)電運(yùn)用的是太陽能，具有下列優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模光伏發(fā)電使電能的運(yùn)用效率提高，電能損耗降低； 太陽能是清潔能源，和其他發(fā)電形式相比減少了環(huán)境污染；光伏發(fā)電并網(wǎng)的收益率較高，電能的提供量較多，保證了人們對(duì)能的需求；光伏發(fā)電系統(tǒng)和建筑物的有效結(jié)合，為建筑物增添了色彩，使建筑物更完美，更具特色。

二、大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

（一）對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的重要內(nèi)容，也是電力企業(yè)社會(huì)信譽(yù)和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的具體體現(xiàn)。光伏系統(tǒng)發(fā)電并網(wǎng)后，使系統(tǒng)容量得到擴(kuò)充，由于接入的光伏發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)數(shù)量與規(guī)模的不同，改變了原有電系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)，進(jìn)而使電網(wǎng)的潮流分布的控制難度增大，降低了配網(wǎng)的電壓質(zhì)量，影響用戶的用電效果。大規(guī)模光伏系統(tǒng)的引入，大量的電力電子會(huì)改變?cè)瓉淼碾娏ο到y(tǒng)的一些固有運(yùn)行模式，電能的質(zhì)量會(huì)因此而降低，逆變器開關(guān)的反應(yīng)遲緩，導(dǎo)致輸出的準(zhǔn)確性降低 進(jìn)而產(chǎn)生諧波，例如，如果某一區(qū)域的太陽光迅速變化時(shí)，諧波的波動(dòng)范圍也會(huì)隨之變大，甚至產(chǎn)生波動(dòng)疊加現(xiàn)象，一些文獻(xiàn)分析表明當(dāng)一臺(tái)并網(wǎng)逆變器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，輸出的電流諧波很小，多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波就會(huì)超標(biāo)， 由于逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中有電網(wǎng)阻抗耦合效應(yīng)的存在，減小了并網(wǎng)逆變器控制回路的帶寬和穩(wěn)定裕度，使并網(wǎng)電流諧波含量不符合標(biāo)準(zhǔn)，諧波振動(dòng)不穩(wěn)定，光伏電站采取的是長距離輸電線纜接入弱電網(wǎng)，濾波電容可能會(huì)引起諧振動(dòng)，進(jìn)導(dǎo)致某些次諧波的放大。另外因直流的注入導(dǎo)致的電源波動(dòng)也會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成影響?，F(xiàn)在是數(shù)字化時(shí)代，數(shù)字化設(shè)備和電子產(chǎn)品層出不窮，用戶所使用的用電器的數(shù)量也隨之增多，有些用電器不僅功率較大，而且消耗電能的持續(xù)時(shí)間長，使用戶整體消耗的電能提升，在一定程度上加重了電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。

（二）影響無功電壓的特性

根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的運(yùn)行特點(diǎn)，所建立的發(fā)電系統(tǒng)要選擇在海拔較高、日照充足的戈壁灘、沙漠等地區(qū)，這些地區(qū)人煙稀少，對(duì)電能的需求量相對(duì)較少，電系統(tǒng)的負(fù)荷能力低，電網(wǎng)短路容量相對(duì)較小。在光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中， 電網(wǎng)的短路容量不會(huì)太大，光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能通過遠(yuǎn)距離高壓輸送來完成，在電能運(yùn)送過程中會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)波動(dòng)，隨機(jī)波動(dòng)的有功出力穿越近區(qū)電網(wǎng)和長距離的輸電通道，使電網(wǎng)運(yùn)行的無功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線電壓的波動(dòng)幅度也隨之增大，進(jìn)而使電網(wǎng)的整體平衡效果受到影響。此外光伏電源無功電壓在具體并網(wǎng)運(yùn)行中支撐能力欠佳，電壓穩(wěn)定性受到?jīng)_擊， 一些地區(qū)因?yàn)榇笠?guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入，電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，影響電壓質(zhì)量。

（三）對(duì)有功頻率特性的影響

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)在電流傳輸過程會(huì)出現(xiàn)頻繁的隨機(jī)波動(dòng)，低電壓傳輸會(huì)因此產(chǎn)生無功或有功動(dòng)態(tài)，為了能讓電流通過的更暢通，減少和避免因此對(duì)設(shè)備和原件的所造成的損害，負(fù)荷能力必然要受到影響，維持系統(tǒng)的有功平衡難度較大，進(jìn)而影響電網(wǎng)的運(yùn)行特性，電力系統(tǒng)通常是設(shè)有備用系統(tǒng)的，而光伏系統(tǒng)的出現(xiàn)，必須調(diào)整原有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到電力的傳輸要求，原有的常規(guī)電源不得不替換掉，當(dāng)突發(fā)緊急情況時(shí)，系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)能力減弱，系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況會(huì)因頻率變化而受到嚴(yán)重的影響。光伏系統(tǒng)大規(guī)模接入之后，系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變小，系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)功率會(huì)因此而有所波動(dòng)，給系統(tǒng)的有功頻率特性造成一定的影響。

（四）功角的穩(wěn)定性

在光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏電源并不參與功角的振蕩，由光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能通過變壓器和逆變器直接并入公共電網(wǎng)，因此 所產(chǎn)生的電能具有隨機(jī)波動(dòng)的特性，并且不存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但卻使電網(wǎng)原有通道的傳輸功率受到一定的影響，改變?cè)须娋W(wǎng)的潮流分布模式，減小了發(fā)電系統(tǒng)的等效慣量，影響電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性。功角穩(wěn)定性的變化和光伏并網(wǎng)的規(guī)模大小、地理位置、光伏電源的控制技術(shù)、電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等有關(guān)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入可能會(huì)改善功角的穩(wěn)定性，也可能會(huì)使電網(wǎng)功角的穩(wěn)定性下降。系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)會(huì)因光伏外出力的波動(dòng)性而發(fā)生變化，原有系統(tǒng)的阻力也會(huì)因此而改變，再加上常規(guī)機(jī)組的控制策略與并網(wǎng)逆變器區(qū)別很大，電力系統(tǒng)發(fā)生震蕩而降低穩(wěn)定性。如果在并網(wǎng)過程一旦發(fā)生某種故障，電網(wǎng)的穿透能力降低，造成脫網(wǎng)的安全隱患。

（五）對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響

（六）對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響

由于大規(guī)模光伏發(fā)電的電能來源于太陽能，因此在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的過程中，避免了機(jī)械與電磁量的穩(wěn)定性問題與失衡現(xiàn)象的發(fā)生問，但會(huì)卻存在小擾動(dòng)穩(wěn)定性問題，造成電氣運(yùn)行的不穩(wěn)定，制約系統(tǒng)功能的全面實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩個(gè)運(yùn)行點(diǎn)之中，其中一個(gè)會(huì)因處在高出力狀態(tài)而產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，因光伏電力系統(tǒng)的電容存儲(chǔ)能力較差，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，吸收不平衡功率的職責(zé)由直流側(cè)的電容承擔(dān)，所以直流側(cè)電壓會(huì)因故障發(fā)生而急劇上升，很難調(diào)整，進(jìn)而導(dǎo)致電源的運(yùn)行出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以，電力系統(tǒng)在系統(tǒng)受到一些小干擾后，如光照擾動(dòng)等，穩(wěn)定性會(huì)在一定程度上受到影響。

三、結(jié)語

大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的普遍運(yùn)用，為我國電力資源提供了更廣闊的發(fā)展空間，提高了人們的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，幫助人們養(yǎng)成節(jié)約能源的好習(xí)慣，使人們認(rèn)識(shí)到節(jié)約用電的重要性，這一舉措是我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則的具體體現(xiàn)，也是順應(yīng)社會(huì)發(fā)展的必然選擇。加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的分析探討，充分發(fā)揮光伏發(fā)電的服務(wù)作用，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電的概述，從影響電能的質(zhì)量、影響無功電壓的特性、對(duì)有功頻率特性的影響、對(duì)功角穩(wěn)定性的影響、對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響、對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定性的影響等方面分析了大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，為業(yè)內(nèi)專家和有志之士進(jìn)一步研究解決這些影響的措施提供依據(jù)和參考，資源緊缺和環(huán)境污染是全球化的問題，愛護(hù)地球這個(gè)大家庭是我們應(yīng)盡的義務(wù)，讓我們齊心合力，為更好的利用太陽能，開發(fā)新能源、促進(jìn)我國電力企業(yè)的穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]周星宇.大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述[J].中國設(shè)備工程，2017（02）：157158.