光伏并網發電系統對電網的影響研究綜述

駱鵬飛

身份證號碼：320723198704281650 江蘇省南京市 210000

摘要：本文闡述光伏并網發電系統工作原理和技術特點，分析分布式光伏發電系統接入配電網中產生的影響，并結合電壓、諧波、頻率對電能質量所產生的變化，提出針對配電網輸電系統的保護措施，以達到促進我國電網系統穩定發展的目的。

關鍵詞：光伏；并網；發電系統；配電網；影響

隨著社會經濟的不斷發展，人們對能源的需求不斷增大，面臨不合理的能源機構的問題，人們逐漸重視對可再生新型能源的開發及利用。當前光伏發電作為一種新型發電技術，具有可再生、無污染、成本低的優勢，在國內外得到廣泛的應用。據國家電網數據統計，截至2008年底，我國光伏并網發電系統裝機量已突破140MW的大關，與此同時，下面對光伏并網發電系統接入配電網中給配電網產生的影響進行分析。

一、光伏并網發電系統的工作原理及技術特點

光伏并網發電系統主要包括集中式和分布式發電系統（其中集中式發電系統可將電能直接接入電網中使用，分布式則分布較廣，裝卸方便。將兩種發電系統結合利用，能夠最大程度上降低發電成本。利用電網系統將分布式光伏并網生產的電能進行儲存，若用戶需要用電，則可向公共電網購買，極大的提高了電能的使用效率。

（一）光伏并網發電系統工作原理

光伏發電的工作原理為：利用半導體產生的光生伏打效應，將太陽能直接轉化為電能投入使用，通過逆變器將光伏電池陣列中的電流從直流轉化為交流的形式，以便于在配電網系統運行。光伏并網發電系統的組成部分包括太陽能電池板、控制器、儲電器、逆變器等（如圖1、2所示。）

圖1 光伏發電系統結構示意圖

圖2 光伏并網發電系統的等值簡易電路示意圖

（注：圖2中代號意義：Ip——光電流，ipv——光伏陣列輸出電流，Cpv——光伏陣列出口側濾波電容，Upv——濾波電容器直流電壓，LAC——逆變器交流側濾波電感，RAC——濾波電感等值電阻，CAC——逆變器交流側濾波電容器端電壓，iAC——逆變器交流側輸出電流，uAC——濾波電容器端電壓，N——變壓器變比值，Ls——從變壓器到并網節點的等值電感，Rs——變壓器到并網節點的電阻，is——流經光伏電站并網節點電流，us——并網點主干線路電壓，Us——幅值，——相位角。）

（二）光伏并網發電系統技術特點

1.隨機波動性

隨機性和波動性是光伏并網發電系統的主要特點，受光照和天氣影響較大，電能輸出功率會隨光照和溫度的變化而產生波動。如圖3所示，從某市光伏并網發電系統輸出功率圖中可以看出，日照和溫度與功率呈正相關。

圖3 該市光伏發電系統輸出有功功率變化圖

2.電壓源電流控制式逆變器

目前大部分光伏并網逆變器以電壓源電流進行控制，實現對電壓值的檢測，保證并網能順利運行，其輸出功率與純有功功率差異性不大，功率因素在0.8～1左右。

二、光伏并網發電系統對配電網的影響綜述

（一）光伏并網發現系統的電能質量問題

盡管光伏并網發電系統產生的電能大部分皆為有功電能，但光伏并網系統所負載的無功電流會對電能質量造成不利影響，因此，可以在光伏并網發電系統一側安裝無功補償設備，以達到提高輸出電能穩定性的目的。此外，由于溫差變化及太陽輻射的變化，光伏并網發電系統具有較強的隨機流動性，使光伏并網發電系統發電功率存在一定的間歇性和階段性，因此，若想提高系統輸出功效和電能質量，必須要提高發電設備的有效使用率。例如可在光伏并網發電系統中安裝光伏并網逆變器，利用ip-iq電流進行檢測，充分利用逆變器的優勢，達到提高電能質量的目標。

（二）孤島效應問題

孤島效應原理指的是，在光伏并網發電系統接入配電網輸電系統后，當配電網發生短路電流故障情況，光伏并網發電系統仍然保持電源的輸送狀態，從而導致自給型供電孤島的產生。孤島效應對配電網系統及用戶用電系統具有極大的損害，不僅會使配電網產生負載，危及用戶的安全，還對配電網造成強烈的電流沖擊，使得電力系統的電壓不穩，損害用電設備。因此要重視配電網輸電系統中孤島效應的監測工作，采取主動式或被動式的方式對發電系統進行檢測，促發電路保護配置，在發現孤島效應時及時解決。

（三）穩定性問題

光伏并網發電系統接入配電網輸電系統后會使配電網輸電系統穩定性降低，主要表現在：第一，由于光伏并網發電系統具有強烈的隨機波動性，易受到環境溫度及太陽能照射強度變化的影響；第二，光伏發電站的位置、容量及其接入方式都會對供電系統的穩定性帶來一定影響；第三，當前光伏并網發電系統規模不斷擴大，其發電容量站供電總量的比重越來越大，極可能會導致供電系統的不穩定。因此供電部門需要采取合理措施，提升配電網輸電系統的穩定性。例如光伏并網發電系統接入配電網輸電系統時，采用PSS/E分析輸電系統的運行狀態，通過電池儲能、轉移負荷等方式來保證發電系統的穩定性。

（四）配電網電壓及保護問題

隨著我國光伏并網發電系統裝機量不斷增長，接入配電網的規模逐漸擴大，在提高電能輸出的同時會對配電網中電壓及配電保護造成負面影響，當光伏并網發電系統接入配電網輸電系統后，可能產生潮流反饋，若有電流流經潮流反饋線路時，電路阻抗值會產生一定程度的降低，此時變電站電壓值低于負荷電壓值，使負荷一側側電壓值過大，從而引起電壓失衡的情況。在集中式光伏并網發電系統接入配電網系統時，通常接入10kV電壓等級配電網數顯系統，如果線路發生短路，則會導致光伏電源與短路電流相互沖擊，對電壓和輸出電能均會造成影響。隨著我國供電輸電技術的迅猛發展，配電網輸電系統結構產生了變化，人們對配電網輸電系統繼電保護提出了更高的要求。

結束語

光伏發電發展前景巨大，且具有低成本、可再生、無污染等優點，但在光伏并網發電系統接入配電網時會導致電壓不穩、電能質量下降等弊端，并會產生孤島效應等問題，不利于電力企業效益增長。本文分析了光伏并網發電系統并入配電網輸電系統時，對配電網輸電系統造成的影響，分析光伏并網發電的優勢和不足之處，提出了簡要的解決策略，以達到提升光伏并網發電系統和配電網正常運行穩定性的目的，促進我國電力行業的健康發展。

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