分析光伏并網發電對電力系統的影響

王眾毅?汪金卡

摘 要：本文對光伏并網發電系統進行了簡單闡述，并在此基礎上分析了光伏并網發電系統并入電網后對電力系統的有功頻率特性、無功電壓特性等方面的影響。

關鍵詞：光伏；并網；電力系統；影響分析

近年來，隨著經濟的飛速發展以及傳統能源形勢的日益緊張，加之水力資源的可控性較差、我國的電力需求逐步擴大，利用光能發電已經成為主要的研究方向之一。將光伏發電產生的電能并入電網，大大擴展了光伏發電的使用范圍、提高了靈活性。但因光伏發電產生的電力能源采用了特殊的方式并入公共電網，在并入電網過程中會產生一系列的問題，需要深入研究。下面圍繞光伏發電對整體電力系統產生的影響進行簡要分析。

一、光伏并網發電系統概述

光伏發電并網系統指的是依據光伏電池在光生伏特效應的推動下，形成的矩陣型電流，從而接入到并網逆變器以及變壓器，形成穩定電壓水平下的電流，中間無需通過蓄電池的儲能環節，而是直接將電力資源運輸到公共電網之中。 這種步驟形成出來的便是光伏發電并網系統，其優點是使得電力經過的中間過程較少，造成電力資源的損耗程度最低，保障了能量消耗的最低值，并且形成發電系統的硬件工具占地空間較小，就算是大規模的光伏發電也不需要非常浩大的場地。但光伏發電并入大電網后，往往因光伏部分的逆變器離散動作和發電間隙性的特點，在向電網輸送功率或被電網輸送功率時，都會造成整個電網系統電壓的短時或長時變化，這些是光伏發電并網時需要研究和解決的問題。

二、光伏發電對系統特性的影響

1.對系統有功頻率特性的影響

光伏發電具有的特性包括外出力的速記波動性、靜止的電源、環路器并網過程中的無轉動慣性、低電壓穿越期間的不同特征以及脫網現象比較頻繁等，這些特性的存在使得大規模光伏發電的介入會使得系統的穩態與暫態特性發生變化，進而對整個系統的運行與規劃帶來根本性的影響。光伏發電的過程會產生大幅度的頻繁的隨機波動，進而對系統的平衡造成沖擊，影響系統的一次以及二次調頻，對系統的有功經濟調度等運行特性都有著根本性的影響與作用；同時系統備用的優化策略也會因為大規模光伏發電的接入而不得不做出適時的調整與變化；此外，因為電源是靜止的元件，所以隨著接入的光伏發電的規模的增大，電源的不足之處便逐漸明顯，需要不斷更換電源以適應光伏發電的需要，甚至會因為光伏發電的功率過大而使得系統崩潰，需要對系統不斷進行維護。

2.對系統無功電壓特性的影響

對于光伏發電，往往需要在海拔高、日照時間長的戈壁、沙漠等地區建設發電設施，由于這些地區的人口數量少、對電力的需求較低，所以，負荷水平較低。光伏發電接入的地區不會存在過大的電網短路容量，大量的光伏發電產生的電能都需要借助高壓遠距離輸電網絡輸送。在此過程中，出現的隨機波動的有功出力會對電網的無功平衡特性造成一定的影響，進而使輸送線路沿線的母線電壓出現大幅度波動。此外，由于當前并入電網的大規模的光伏電源自身的無功電壓支撐水平有限，進而使電壓質量出現越限甚至失穩的風險進一步增大。

3.對功角穩定性的影響

光伏發電的電源是靜止的元件，本身并不參與功角的震

蕩，也就不存在功角需要穩定的問題。但是光伏發電接入到系統中后，系統的隨機波動性以及無轉動的慣性等性能均受到了影響，系統的等效慣量不得不變小，所以系統的功角穩定性能便發生了變化，其具體的變化方向與幅度取決于電網的拓撲結構、電網運行方式、電源控制技術、光伏發電接入的位置以及接入的規模等因素，需要結合具體的情況進行具體的分析與計算。同時，在電力系統中接入大規模的光伏發電還可能造成脫網現象，尤其是在集中化、規模化之后，脫網給電力系統帶來的沖擊會變得更加強烈。

功角失穩的主要表現便是振蕩型的失穩。因為波動的光伏出力改變了系統運行的特點，加上并網的逆變器與常規機具有不同的控制策略，所以系統的阻尼會在外界的影響下發生變化，進而改變系統原有的機電震蕩的模式，帶來新頻段范圍內的振蕩。

4.光伏并網發電對小擾動穩定性的影響

就大規模光伏發電的入網過程來說，由于在這個過程中沒有機械和電磁量失衡的動力問題，但從另一方面講，卻存在著小擾動穩定性的現象，從而不利于實現系統的功能。據分析可得，系統的功率會受到光伏發電的影響，因此，電力系統的運行出現了不穩定的問題，且這些現象發生于電力系統中的最大功率出，這主要是由于系統的直流側電吸收了不平衡的規律，最終減小了電容的儲存能力。

5.對電能質量造成的影響

光伏發電機組接入電網運行后，對原先電網系統中的單電源結構進行了擴充，且不同數量和規模的光伏發電機組的接入使電網的網架結構出現了變化，進而使電網的潮流分布難以得到有效控制，降低了配網的電壓質量，加之電網中用戶端電子器件的數量不斷增長，對電力系統也造成了一定的負擔和污染。

三、結語

綜上所述，光伏發電是一種清潔的發電方式，從某種程度上講，能夠緩解我國日益緊張的能源問題，從而促進供電企業的可持續發展。為了更好地促進大規模光伏發電機組的有效運行和生產，從而廣泛服務于大眾，應對光伏大規模光伏發電機組進行研究，對于其接入配網系統的行為進行研究，對其接入后可能對原先單一電源的電網造成的影響進行研究，消除一切制約光伏發電入網的問題，進而不斷提高我國的光伏產業發展，促進電力事業的穩步前進。

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