光伏發電并網大電網問題及其解決策略

葉 雷 李文忠

（福建省電力有限公司）

光伏發電并網大電網問題及其解決策略

葉 雷 李文忠

（福建省電力有限公司）

目前我國光伏發電技術正在進行大規模的工業化應用，主要是因為光伏發電技術能夠有效的改善光伏發電系統接入大電網之后這兩個部分的運行能力與安全性能。本文主要針對我國光伏發電并網大電網運行過程中存在的問題，并通過實驗研究，提出有效的解決措施。

光伏發電并網；大電網；解決策略

1 引言

隨著國際經濟的發展，我國能源枯竭問題也越來越受到廣大人民的關注，使我國光伏發電并網大電網得到了更廣泛的應用。就我國能源發電結構情況來看，風能發電的規模明顯大于光伏發電。然而就目前我國能源發展來看，光伏發電更加符合我國國情。我國太陽能源十分豐富，一旦將我國太陽能源充分利用起來，對于我國能源結構的調整以及改變供電質量而言都有著顯著的作用。由于光伏發電技術具有穩定性能強、質量較高、維護方便等諸多優點，因此光伏發電并網大電網在全世界發展速度十分迅速，并成為了最具主流發展趨勢的技術之一。而光伏發電并網大電網作為目前我國發電能源的主要發展趨勢，雖然得到了大范圍的推廣，但是在使用過程中依然存在著許多不足之處，需要進一步完善相關技術，并針對其中存在的問題提供可供借鑒的有效措施。

2 大電網面臨的問題

環境因素能夠影響到光伏發電功率的輸出，同時在微網的運行過程中，在互聯特/超高壓大電網中接入中低壓配電網等大規模的配電，給整個電網運行帶來了巨大的影響。此外，大電網在一些方面都面臨著許多新的問題，需要采取有效的措施進行改善，比如說：在研究與實驗驗證手段，新型配電系統的規劃、電網運行控制等方面，下面將詳細對此進行介紹：

2.1 仿真分析研究與實驗驗證的技術裝備

為了能夠保證電網在運行過程中的安全可靠性，通常采用仿真技術進行相關的研究，此外，同時光伏發電系統與并網方式各有各的特色。與傳統的發電模式相比，光伏發電網其穩態特性以及動態特性有了較大的改變。在這種情況下，只有仿真技術才能夠滿足光伏發電系統在接入公共電網之后的一系列的工作需求，比如相關的理論研究、規劃設計、運行與控制等工作。此外，應當建立一個針對光伏發電系統特點的試驗基地，這樣一方面能夠有效的克服傳統研究實驗環境中存在的弊端，另一方還能過針對光伏發電系統通過微網系統接入大電網之后的復雜性，從而更好的對并網發電系統對大電網安全穩定以及電能質量產生的各種技術問題進行更深入全面的研究，為研究工作的開展奠定良好的基礎。研究開發精良的仿真分析研究、實驗與驗證的技術裝備對于以下幾個方面的工作而言都是十分重要的，對于這些研究工作來說是不可缺少的一個部分；①針對光伏發電系統與大電網相互作用機理的研究工作；②光伏發電系統與大電網在各種擾動情況下的復雜動態行為的相關研究工作；③對光伏發電系統與大電網之間的規劃、設計、運行以及控制等問題的研究；④光伏發電系統與大電網之間保護以及控制裝備的研究工作。對于這些研究工作而言，研究開發精良的仿真分析研究，實驗與驗證的技術設備有著十分關鍵的作用。

2.2 光伏發電系統影響大電網運行特性的機理

微網能夠使光伏發電系統接入大電網中，而在微網中運行狀態是多種多樣的；例如，當光伏發電系統以分散式并網在運行時，其功率能夠實現雙向流動；而一旦電網出現運行故障，為了保證所轄重要負荷的正常供電，可以利用保護動作和解列控制兩種方式讓微網與大電網解列形成孤島運行，從而達到供電目的；在排除大電網故障之后，利用并網控制將微網再一次接入大電網中，重新進入并網運行的狀態。與傳統的發電方式相比，光伏發電系統產生了較大的變化。在并網光伏發電系統中，具有單個接入點上網功率小的優點，但是在光伏發電系統大規模的接入到大電網之后，由于其接入點較多且分散，因此會導致光伏電網與大電網之間的作用的復雜性增加，并影響到大電網運行的特性，這是在常規發電系統并網中不會出現的情況。

2.3 新型配電系統的規劃

光伏發電系統在接入配電系統后，能夠讓配電系統轉變為新型的電力交換系統，具有電能收集、電能傳輸以及電能分配等多種功能，與此同時光伏發電系統也可能為配網帶來諧波污染、電壓波動及閃變等電能質量問題，因此為了能夠有效的解決這些問題，需在配網規劃階段對此進行考慮。

對光伏發電等新能源分布式供能系統進行合理的規劃與設計，一方面能夠有效增加可再生能源的使用率，此外對于全面提高電力系統運行的安全性、提高重要負荷供電的可靠性等都有著十分重要的意義。然而一旦沒有做到以上兩點，則會對配電系統的正常運行造成阻礙，并更加突出了微網設備建設和設備運行不確定性問題，因此改善和創新配電網規劃思路以及方法對于配電網發展而言是至關重要的。

3 對策

3.1 構建光伏發電系統的研究實驗與驗證環境

（1）光伏發電系統的建模研究、仿真對比與驗證環境。結合實際光伏發電系統的發展情況以及運行特性，對其進行深入的研究，根據分析所得數據在電力系統分析軟件中，將光伏發電系統及其控制系統的靜動態模型建立起來。然后，將電力系統中的靜動態模型與實際光伏發電的靜動態模型兩者相互比較研究，打造一個更加完善的光伏發電及其控制系統的模型。這樣一方面能夠為光伏發電系統與大電網之間相互影響的測試和驗證做好鋪墊，同時也能夠增加電力系統仿真分析軟件的對于大電網的分析能力，一舉兩得。

（2）光伏發電系統對大電網安全穩定影響的仿真實驗環境。在完成光伏發電以及控制系統的靜動態模型之后，緊接著就是光伏發電系統并網典型案例的建立。建立典型案例主要是為了給研究光伏發電系統對大電網安全穩定影響打造一個較好的試驗環境，保證數據的可靠性和準確性。典型案例中主要包括典型光伏發電系統以及其典型的運行方式、并網方式、故障場景等內容，對這些案例進行仿真計算能夠積累相關的數據，從而建立光伏發電系統并網的典型案例數據庫，進而為相關試驗提供良好環境。

（3）光伏發電系統對大電網安全穩定影響的閉環實驗環境。為了建立該閉環試驗的環境，首先要做的就是建立光伏發電系統的實驗基地，并配備實驗過程中用到的RTDS等仿真工具，以及接入RTDS的各種接口工具，這些都是建設該試驗環境不可缺少的部分。在完成光伏發電系統對大電網安全穩定影響的閉環實驗環境后，可以設置光伏發電系統對大電網安全穩定影響的閉環實驗環境中典型運行方式、并網方式、典型故障場景，模仿真實的大電網的動態特性，對光伏發電及控制設備對大電網的安全性與穩定性造成的影響進行測試和驗證。

（4）大電網擾動對光伏發電影響的實驗環境。該實驗主要是為了研究大電網擾動對光伏發電影響提供前提條件。首先，建立數據接口，連接光伏發電系統與電力系統仿真分析軟件的數據，同時在大電網中設置典型擾動以此研究光伏發電系統的運行特點。值得注意的是，典型擾動應當建立在光伏發電系統的典型運行方式以及并網方式的前提下的。

3.2 深入研究光伏發電系統及微網與大電網相互作用的機理

上文介紹到，光伏發電系統在接入大電網之后，會與大電網之間發成十分復雜的作用，從而改變大電網的運行特性，而對于該種影響分析，不能采用傳統的研究方法。微網的存在是導致配電系統存在安全運行隱患的直接原因，因此所采用的分析方法應當與高壓電力系統的分析方法截然相反。

3.3 研究與應用新型配電系統的規劃理論和方法

在研究新型配電系統的規劃理論和方法的過程中，應當建立在分布式電源配電網規劃理論以及方法的研究成果以及微網研究成果的前提下進行的，同時還應將光伏發電及并網的特點考慮在內。該研究主要研究以下幾大內容：①對光伏發電電源優化配置的研究，主要包括兩種：a.選址；b.容量；②對光伏發電輸出控制方式、接入位置以及并網方式等方面的研究；③對電網諧波和電壓波動與閃變的影響等研究。在規劃中為了能夠從更根本確保配電網的經濟性、安全性以及電能質量的優化，我們一方面要比較傳統電網升級與分布式電源供電的多種電網擴充展方針相符，近年來，我國光伏發電技術也處于不斷完善的過程中是否可行。

4 結語

光伏發電是基于“節能環保”原則下的發展，與我國可持續發展方針相符，近年來，我國光伏發電技術也處于不斷完善的過程中，同時其發電成本也有所降低，這為促進我國光伏發電并網的推廣使用提供了有力的條件。但是就目前我國光伏發電并網大電網的發展情況來看，還是存在著許多方面的問題，比如缺少相應的研究與試驗驗證手段，沒有深入理解光伏發電系統對大電網的影響等，這些問題都需要我們進一步研究光伏發電并網新型的配電系統規劃的理論和方法。

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