大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述

王超

【摘 ?要】在社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平顯著提升的背景下，可再生能源并網(wǎng)發(fā)電成為主要的發(fā)電趨勢(shì)，為了有效地應(yīng)對(duì)能源緊張的形勢(shì)，加大新能源的開(kāi)發(fā)力度，需要對(duì)當(dāng)前電力系統(tǒng)運(yùn)行的能耗狀況給予更多的關(guān)注，提高系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行中的能源利用效率，為新形勢(shì)下電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行及服務(wù)水平提升提供保障?；诖耍疚膶⒔Y(jié)合大規(guī)模光伏發(fā)電的相關(guān)內(nèi)容，從多個(gè)方面闡述其對(duì)電力系統(tǒng)影響，以便優(yōu)化系統(tǒng)的服務(wù)功能，拓寬發(fā)電方式研究思路。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模;光伏發(fā)電;電力系統(tǒng);影響

引言

電力系統(tǒng)在傳統(tǒng)模式的制約下不但消耗更多的能源，而且極大地影響著我們居住的環(huán)境，不僅對(duì)電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展產(chǎn)生一定負(fù)面影響，還阻礙了電力企業(yè)的進(jìn)步。為了改變這種負(fù)面影響，主要從大規(guī)模光伏發(fā)電入手，不斷提高光伏發(fā)電的調(diào)度、規(guī)劃等方面的控制，從而使得在具有大規(guī)模光伏發(fā)電支持下的電力系統(tǒng)能夠不斷的提升和發(fā)展。接下來(lái)我們將詳細(xì)對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行闡述和說(shuō)明。

1光伏發(fā)電及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1光伏發(fā)電

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是基于光生伏特效應(yīng)而產(chǎn)生的一項(xiàng)新型技術(shù)，依托于半導(dǎo)體界面，可以實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化。基于光子的能量特性，當(dāng)半導(dǎo)體獲得一定強(qiáng)度的太陽(yáng)光照時(shí)，該部分光子將會(huì)形成帶負(fù)電荷的電子，由于這一過(guò)程伴隨著失電子現(xiàn)象，此時(shí)會(huì)形成大量空穴?；赑N結(jié)靜電作用，兩個(gè)半導(dǎo)體之間持續(xù)表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，PN結(jié)伴有電勢(shì)差現(xiàn)象。此時(shí)若將其接通外部負(fù)載，電流便會(huì)流過(guò)負(fù)載。而后在逆變器的作用下可以將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過(guò)直接或間接的方式接入電網(wǎng)中。

1.2光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)基本概念

按照一定組合排列的光伏組件在光照條件下通過(guò)光生伏特效應(yīng)產(chǎn)生光電流和光電壓。然后將電流送入逆變器和變壓器形成穩(wěn)定的高壓交流電，最后直接輸送至公共電網(wǎng)。這一過(guò)程稱為光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。其中光電流及光電壓受控于光伏電池的矩陣排列形式。該過(guò)程不涉及蓄電池存儲(chǔ)電能，因此有效降低了電能在輸運(yùn)過(guò)程產(chǎn)生的損耗和流失，進(jìn)一步提高了光伏發(fā)電的利用率。

2光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

目前在我國(guó)農(nóng)村的工業(yè)供電以及通信、荒漠光伏供電中都大量應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前被大量使用的是獨(dú)立光伏發(fā)電，這是指通過(guò)光伏組件方陣能夠?yàn)橐粋€(gè)區(qū)域的居民和住戶提供用電的系統(tǒng)，這種獨(dú)立光伏發(fā)電規(guī)模較小，范圍有所控制，從而才能保證整個(gè)區(qū)域的居民用電和電壓正常。近幾年來(lái)，這種光伏發(fā)電系統(tǒng)被大量應(yīng)用于荒漠以及偏遠(yuǎn)山區(qū)之中，由于他們的用電量較小，這種供電系統(tǒng)才能保證供電質(zhì)量和安全。在我國(guó)的光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中，除了獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，還有并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)光伏發(fā)電相對(duì)于獨(dú)立光伏發(fā)電來(lái)說(shuō)，應(yīng)用范圍更廣，主要應(yīng)用于軍事、城市應(yīng)用、野外以及石油、通訊等各個(gè)方面。此外，在近幾年的發(fā)展過(guò)程中，并網(wǎng)光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用還在不斷發(fā)展和擴(kuò)散。而我們所提到的獨(dú)立光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電以及大規(guī)模光伏發(fā)電，大部分還是取決于太陽(yáng)能光伏發(fā)電。但是，目前我國(guó)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用上還存在著很多問(wèn)題與不足：第一，我國(guó)光伏發(fā)電的基本材料不足，大部分都需要國(guó)外進(jìn)口。第二，用于光伏發(fā)電的太陽(yáng)能電池大量用于出口，在光伏發(fā)電的使用上不足。第三，我國(guó)對(duì)于太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施等維護(hù)不到位，使光伏發(fā)電發(fā)揮不出其原有的價(jià)值。第四，相關(guān)法律政策實(shí)施不到位，無(wú)法保證光伏發(fā)電的正常運(yùn)行?？偟膩?lái)說(shuō)，光伏發(fā)電雖然存在著很多的不足與問(wèn)題，但是前景光明。通過(guò)不斷分析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，并制定出相應(yīng)的解決措施與方法，能夠不斷解決問(wèn)題，使光伏發(fā)電得到有效利用。

3大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響

3.1對(duì)有功頻率特性的影響

結(jié)合光伏發(fā)電的實(shí)際應(yīng)用情況，可知其具有這些方面的特性：其電源是靜止元件，不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;發(fā)電時(shí)的外出力不恒定，具有隨機(jī)變化的特性：不同時(shí)間段的有功與無(wú)功動(dòng)態(tài)特性有所差異，且電源的抗擾動(dòng)能力弱，會(huì)引發(fā)脫網(wǎng)故障;對(duì)逆變器依賴性強(qiáng)，具有良好的四象限控制能力。光伏發(fā)電這些方面的特性給電力系統(tǒng)的有功功率產(chǎn)生了一定的影響。具體包括：會(huì)影響系統(tǒng)的調(diào)頻效果、調(diào)度過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)性;備用設(shè)備的優(yōu)化策略發(fā)生變化;系統(tǒng)既有的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量發(fā)生變化，會(huì)使極端條件下的頻率變化幅度加大;保護(hù)動(dòng)作異常等。

3.2光伏發(fā)電系統(tǒng)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響

目前，為了保證電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，工作人員一般通過(guò)增加一些保護(hù)裝置確保系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定。當(dāng)大規(guī)模光伏電源與配電網(wǎng)結(jié)合時(shí)，由于光伏發(fā)電自身的隨機(jī)波動(dòng)性等因素，其會(huì)導(dǎo)致配電系統(tǒng)的內(nèi)部特征發(fā)生一定的變化。具體如系統(tǒng)的有功平衡，并且繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置系統(tǒng)均會(huì)受到影響。這可歸因于電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在光伏發(fā)電系統(tǒng)并入后，由單電源轉(zhuǎn)化成為雙電源或多電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除此之外，配電網(wǎng)中原有的變壓器連接方式因接入光伏電源，使得逆變器與變壓器之間的回路發(fā)生改變，增加電路中零序電流，從而對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的故障特征帶來(lái)影響。

3.3對(duì)電能質(zhì)量的影響

電能質(zhì)量是電力企業(yè)綜合實(shí)力和社會(huì)信譽(yù)的重要標(biāo)志，也是電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的關(guān)鍵，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并入，擴(kuò)大了系統(tǒng)的容量，由于所接入的發(fā)電機(jī)組和原來(lái)的數(shù)量與規(guī)模有很大區(qū)別，使繼電系統(tǒng)的整體框架結(jié)構(gòu)和原來(lái)有明顯區(qū)別，電網(wǎng)的潮流分布更難控制，電壓質(zhì)量得不到良好的保障，影響用戶的用電效果。同時(shí)，由于大規(guī)模光伏系統(tǒng)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(tǒng)原有的運(yùn)行模式，不利于電能的質(zhì)量的提高，逆變器開(kāi)關(guān)的反應(yīng)過(guò)慢，輸出失真，進(jìn)而產(chǎn)生諧波，簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)范圍會(huì)隨某一區(qū)域的光照變化的加快而增大，甚至出現(xiàn)波動(dòng)疊加現(xiàn)象。相關(guān)研究證明，只存在一臺(tái)并網(wǎng)逆變器時(shí)，輸出的電流諧波較小，電路中同時(shí)并聯(lián)多臺(tái)并網(wǎng)逆變器時(shí)，輸出較大的電流諧波，會(huì)超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。影響電能質(zhì)量的主要原因有逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中電網(wǎng)阻抗的耦合效應(yīng)，濾波電容所引起的諧振動(dòng)，放大了某些次諧波，由于直流介入產(chǎn)生電源波動(dòng)等，另外，由于時(shí)代的發(fā)展，使用電子設(shè)備和用電器的電用戶越來(lái)越多，功率消耗增大，用電消耗的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，電能量消耗總量增加，電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)越來(lái)越重。

3.4對(duì)電壓的影響

目前在我國(guó)大規(guī)模光伏發(fā)電主要應(yīng)用在沙漠地區(qū)，但是在沙漠地區(qū)上的電網(wǎng)容量小，負(fù)荷水平低。但是，大規(guī)模光伏發(fā)電要通過(guò)長(zhǎng)距離的電網(wǎng)運(yùn)數(shù)送達(dá)，在此過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍的電網(wǎng)以及電路電壓造成影響。與此同時(shí)，無(wú)功電壓的控制能力差，發(fā)生危險(xiǎn)的可能性強(qiáng)，很可能使得所通過(guò)的電網(wǎng)其原本構(gòu)架改變，使得單一電源變成兩個(gè)及其以上電源，這樣整個(gè)電網(wǎng)的控制力度下降，極容易造成危險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展中重視大規(guī)模光伏發(fā)電的高效利用，對(duì)自身生產(chǎn)效益增加及輸電能力提高至關(guān)重要。因此，現(xiàn)代電力企業(yè)在構(gòu)建電力系統(tǒng)的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)、能耗狀況、輸電性能等進(jìn)行充分的考慮，加強(qiáng)大規(guī)模光伏發(fā)電方式的合理使用，促使電力系統(tǒng)能耗狀況得以改善，能夠長(zhǎng)期處于穩(wěn)定、高效的運(yùn)行狀態(tài)，最大限度地滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐曉霞，彭端丹.關(guān)于大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響探討[J].科技風(fēng)，2018（27）：191.

[2]索江鐳，胡志堅(jiān).大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)互聯(lián)電力系統(tǒng)阻尼特性的影響及其阻尼控制策略[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（17）：52.

[3]李偉.大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2017，15（23）：348.

（作者單位：宿遷綠能電力有限公司）