大規模光伏發電對電力系統的影響

王麗娟 楊卓靜 申寶麗 李聰 申正

（國網山西省電力公司沁水縣供電公司，山西 晉城 048200）

大規模光伏發電系統的普遍運用，為我國電力資源提供了更廣闊的發展空間，提高了人們的環境保護意識，幫助人們養成節約能源的好習慣，使人們認識到節約用電的重要性，這一舉措是我國可持續發展戰略原則的具體體現，也是順應社會發展的必然選擇。對于電力系統而言，通過大規模的光伏發電，在不同層面上，會影響電力系統，技術人員應該利用有效的手段，將消極影響轉化成為積極作用，進而推動電力事業的發展。

一、光伏發電并網概述

光伏發電并網是指應用光伏電池方陣來產生電流，并將產生的電流輸送到逆變器與變壓器中，然后根據電力系統中的實際需求輸送到電網中，在整個過程中，電能不需要使用蓄電池進行存儲，減少了與其相關的存儲與釋放的過程，最大程度的減少了輸送過程中的能量消耗，有效的提高了電力資源的利用效率。在這種并網方式中，光伏數組可以完成從太陽能到直流電的能源轉換，而逆變器則可以將直流電轉換為正弦交流電，因此，光伏發電并網具有以下優勢：第一，可以在一定程度上提高電力資源的利用效率。第二，提高光伏發電的經濟效益，并且可以利用清潔能源有效的緩解電力資源不足的情況。第三，光伏發電并網能夠有效的節省并網系統的占地面積。第四，在建設過程中，光伏發電系統可以實現與建筑相結合，同時提高建筑的美觀性。

二、大規模光伏發電對電力系統的影響

（一）影響無功電壓的特性

根據光伏發電系統本身的運行特點，建立大規模的發電系統要選擇在海拔較高、日照充足、遮擋物少的戈壁灘、沙漠等地區，這些地區人煙稀少，對電能的需求量相對較少，電系統的負荷能力低，電網短路容量相對較小。在光伏發電系統當中，電網的短路容量不會太大，光伏發電系統所產生的電能通過遠距離高壓輸送來完成，在電能運送過程中會產生隨機波動，隨機波動的有功出力穿越近區電網和長距離的輸電通道，使電網運行的無功平衡被沖擊，并且輸送電能的母線電壓的波動幅度也隨之增大，進而使電網的整體平衡效果受到影響。此外光伏電源無功電壓在具體并網運行中支撐能力欠佳，電壓穩定性容易受到沖擊，一些地區因為大規模光伏發電系統的接入，電網的網架結構發生了變化，影響電壓質量。

（二）功角的穩定性

在光伏發電系統中，在功角振蕩的過程中，光伏電源是不與進行參加的，電能可以直接通過變壓器，或者是直接通過逆變器，從而直接并入到公共電網，所以，光伏發電系統所產生出的電能它在波動的過程中，它具有一定的隨機性，不轉動慣量性，但是在這種情況下，會使電網自身通道的傳輸功率受到嚴重的影響，會對電網的潮流分布模式給予相應的改變，同時在很大程度上也降低了發電系統中的等效慣量，對電網的功角穩定性也起到了決定性的作用，經過研究發現，功角穩定性的變化與多種因素都有著直接的關系，其中最為主要的因素包括：光伏并網的規模、地理位置、控制技術等，一旦接入光伏發電系統，就會對功角的穩定性造成一定的影響，在特殊的情況下，也會降低電網功角的穩定性。系統在運行過程中的點，會隨著光伏外出力的波動而發生變化。

（三）配電系統保護

張璐等人對我國西北部大規模光伏發電進行模擬實驗,發現配電網在光伏電源接入之后,會改變配網故障特征,會影響到繼電保護與自動裝置。其具體影響主要表現在四個方面：第一，依照變壓器連接方式,連接變壓器的逆變器會額外形成接地回路,會讓零序電流受到影響,可能會讓繼電保護動作特性發生改變;第二，利用單電源輻射狀網絡,可以將網架結果轉變為多電源復雜拓撲結構與雙電源復雜拓撲結構,改變故障電流方向、大小和持續時間;第三，如果PV系統反孤島保護功能沒有協調配合自動重合閘等裝置,那么就可能讓非同期合閘情況出現;第四，在配電系統中,變電站備用電源自投裝置和線路三相一次重合閘會受到影響,為讓非同期合閘現象得到規避,如果接入線路、母線經過逆變器并網進行接入,那么逆變器反孤島保護最大動作時間需要小于三相一次重合閘啟動時間或須備用電源自投斷路器動作時間。

（四）對電能質量的影響

光伏大規模的接入電網，導致電網內部電力電子元件的數量逐漸增加，提升了系統的信息化和智能化處理。但是也對容易產生污染現象，一旦產生污染現象會導致整個電網系統內部的電能質量下降。為了進一步掌握對電能質量的影響，采用逆變器開關速度為例進行深入分析，最終發現在大規模光伏發電中逆變器開關速度的整體緩慢，會對電網系統內部的整體動態性能輸出帶來影響，產生小范圍的諧波，在外在陽光照射的因素下，會出現輸出功率較低，變化幅度較大的情況，更加促進了諧波變化范圍的拓展。目前，從國內外大型光伏電站運行經驗中發現，單一的并網逆變器的輸出電流諧波較小，但是多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波會產生疊加，從而形成輸出電流超標的現象。此外，經過多年的實踐工作經驗，發現大規模光伏發電在日常工作過程中會產生逆變器并聯的現象，該種現象的產生會導致耦合效應，從而降低并網逆變器控制回路的寬帶和穩定裕度，最終產生并網電流諧波含量超標的問題。

結束語：

在社會快速發展中逐漸暴露出能源不足的問題，經濟的發展提高了人們的生活水平，這大大增加了人們對電力資源的需求量，但是由于我國資源短缺，在供應過程中逐漸出現供不應求的現象，導致人們更加重視能源保護。目前一種可應用的電能資源主要是太陽能光伏發電，其可以有效的緩解傳統火力和水力發電供應不足的狀況，更好的服務人們的生產和生活。