光伏發電入網對電力系統的影響

摘要：隨著我國經濟快速發展，工業化進程已經初步完成，國內電量需求在日益增加。我國政府大力倡導電力設施建設，但是我國目前供電模式大多還采用的火電站，有一些水電站雖然投產使用，但是無論火電站還是水電站都存在著污染問題，對電站周邊的環境造成破壞。所以近些年全球各國都在致力于研究新型電力能源，目前來說，因為光伏發電具有高效無污染的優點，因此越來越得到人們的重視，被視為未來能源發生的主要方式之一。光伏系統的輸出主要受到了光照幅度和環境的溫度的影響，為了提高光伏發電的效率，本文采取了變步長追的戰略保證光伏發電系統能獲得最大的輸出功率。把單獨的光伏系統進行并網的結果會導致電網的電壓和頻率發生變動。為了避免這種情況的發生，并且能夠充分發揮其高效、無污染、可再生的特性，本文提出將光伏發電系統中增添一種儲能裝置和混合發電裝置來改善光伏系統的運行特性和可調度性。最后憑借低壓配電網的仿真來驗證這個方案的可行性。

關鍵詞：光伏發電入網；太陽能利用；電力系統；影響

中圖分類號：TM615文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

一、前言

隨著社會經濟的進步，對于能源的需求日趨緊張，如今煤炭和石油資源都在大規模開采，隨著時間的延長這些不可再生資源都會面臨枯竭，這也就代表著全國經濟將會陷入困境。同時這些不可再生資源的使用會排放出一些有害氣體，這些有害氣體的出現直接對大氣層造成破壞。所以針對當今全球環境問題的出現，各國都在研究新型能源，希望可以取代不可再生能源的利用，其中包括水能、風能、核能、潮汐能、太陽能燈。在本文中我就著重介紹下對于太陽能的利用，光伏發電入網的的組成以及優勢，同時會對電力系統造成哪些影響。

二、光伏發電的發展歷程

在太陽能光伏利用發展中，世界光伏組件在過去十幾年中，以平均年增長率為15%的速度發展著，到20世紀90年代后期，發展更加迅速，平均年增長率超過了30%，1999年光伏組件生產達到了200MW，在產業方面，各國不斷擴大生產規模，改進技術水平，以提高自動化程度來降低成本，并取得了很大的進展。而根據最新統計，2011年全球光伏發電裝機27.7GW，較2010年新增光伏裝機量增長了約67%，并高于預期的22GW。至2011年年底，全球累計的光伏發電裝機量達到了67.4GW，光伏發電也成為了第三大可再生能源。而在2011年10月10日，美國商務部對華光伏“雙反”案作出仲裁，中國企業反傾銷稅率從18.32%～249.96%不等，反補貼稅率從14.78%～15.97%不等。至此，必須加速發展我國光伏發電技術才能讓光伏產業走出困境。截至2012年9月，國家電網公司經營區光伏發電并網容量271萬kW，發電量25.2億kW，我國已成為光伏發電裝機增長速度最快的國家之一，成績顯著。2012年10月26日，國家電網發布分布式光伏并網相關方案，對滿足位于用戶附近、所發電能能夠就地利用、10kV以下電壓等級接入電網而且單個并網總裝機容量不超過6MW等條件的光伏項目將免費提供接入服務，并且全額收購這些項目的富余電量，這標志著我國光伏發電發展的新階段即將到來。

三、光伏發電系統的組成

（一）光伏陣列

光伏發電是利用光生伏打效應將光能轉化為電能，單個的光伏電池因為其輸出的電壓和電流都不能達到標準，并且的功率太小，所以導致了其并不能在大規模的發電中得以應用。因為這個原因，我們在通常狀況下是多個光伏電池通過串聯、并聯將其整合成陣，通過這種方式來獲得能夠符合標準的發電裝置。

在這當中，VPV所表示的是光伏陣列陣的輸出電壓；IPV用來表示光伏陣列的輸出電流；其次Iph表示光生電流源電流；而Is是二極管的飽和電流；q用以表示電子電量常量，為1.602e-19C；而k為玻爾茲曼常數，為1.38e-23J/K；T表示光伏電池工作的絕對溫度值；A為二極管特性擬合系數，把數值控制在了在1~2之間；還有Rs為光伏電池串聯的電阻，Rsh為光伏電池并聯電阻，而NS表示串聯的電池數和NP為并聯的光伏電池數。

（二）斬波器

在采用雙級并網的過程中，為了滿足后續逆變器輸入電壓的的范圍要求，必須采用斬波器來實現直流電壓的升降。通常的情況下，由于光伏列陣的輸出電壓是低于要求的，所以我們在通常情況下都是采用了升壓斬波器。

（三）逆變器

光伏發電系統中，逆變器的作用不僅僅是把直流電能轉換為交流電，同時也起著改善輸出性能的作用。由于pwm類型的逆變器的電路相對簡單，同時輸出電壓的波形諧波含量相對較小，因此在選用逆變器的時候通常來選擇PWM式，這是由PWM調制的工作原理決定；P代表調制度，表示逆變器控制系統的調制信號；VAC代表逆變器交流側基波線電壓有效值；VDC表示逆變器直流側電壓，雙級式光伏發電系統中，即為斬波器輸出電壓。

四、光伏發電入網對電力系統的影響

（一）負荷峰谷對電網的影響

目前來說，光伏并網發電的方式暫時不具備調峰和調頻的能力，這就造成了在早晚兩個用電的高峰期將會對并網發電系統產生了巨大的沖擊。所以說來，我們仍然需要大量的傳統發電系統的旋轉發電機來保證用電高峰能夠正常供電。

（二）晝夜變化帶來的影響

時差以及季節變化都會對于電網產生非常明顯的影響，陽光照射所出現的周期性變化仍然導致電網裝機容量有著較高水平的需求。

（三）氣象條件的變化帶來的影響

當光伏并網在一個城市形成一定的規模時，如果出現地理現象突變的情況發生，城市電網仍然能夠為其提供能夠滿足其需要的區域性旋轉備用機組來調控并網發電但系統的頻率和電壓，但是在這種情況下，必然造成了會付出大量的經濟代價來維持其正常運行。

（四）遠距離光伏電能輸送帶來的影響

目前，我們已經驗證了建立光伏發電網，并且遠距離的進行電力輸送已經完全可行，但是，目前存在的問題時，光伏并網發電并沒有旋轉慣量、調速器及勵磁系統，所以說他仍然存在著不穩定的問題，但是，如果采取光伏并網的形式來實現高壓送電，這將會給與光伏發電直流輸電系數相鄰的交流系統帶來穩定和經濟問題，而專門用于光伏并網發電的輸電線路，由于負荷率低下，顯得很不經濟。

參考文獻：

[1]李春鵬，張延元，周封.太陽能光伏發電綜述[J].電工材料，2006.