大規模光伏發電對電力系統的影響分析

劉媛媛，鮑安平，丁榮樂

（1.南京信息職業技術學院，江蘇 南京 210023；2.南京機電職業技術學院，江蘇 南京 210023）

1 光伏發電技術的基本概述

光伏發電主要是以半導體材料為基礎，利用光照產生的電子對，在PN結上產生光電流和光電壓的現象，從而實現將光能轉化為電能。光伏發電具有很多優點，是其能夠得到廣泛關注的主要原因。首先，從應用性來說，光伏發電能夠解決一些偏遠地區的用電問題。它不像火力發電、水利發電會受到環境、原材料等因素的限制，只要有陽光的地方就能夠進行光伏發電，而且會把多余的電存儲在蓄電池中，即使遇到沒有陽光的天氣也能有電使用。同時，光伏發電正向著大規模應用并與電力系統聯網的方向發展。特別是光伏發電與建筑物結合的發電模式，及時發電及時使用，蘊藏著巨大的發展潛力。其次，隨著科技的發展與進步，以及受到行業內部競爭的影響，光伏發電設備已經基本上實現了國產化，使得光伏發電成本相對較低，有利于光伏發電技術的廣泛應用。從碳排放方面來看，實現大規模的光伏發電具有更重要的戰略意義。近年來，我國一直致力于尋找新的能源代替物，但是我國的一些污染源處于無法得到有效治理的局面。而大規模光伏發電有望改變這一局面，因為在我國眾多領域、企業實施光伏發電將有助于降低“轉移排放”，改善能源結構，真正實現節能減排，并且能夠推動光伏發電產業迎來跨越式發展。另外，我國幅員遼闊，尤其是西部光照時間長，利于實施大規模光伏發電。如果能夠科學合理規劃實現大規模光伏發電，可以滿足全國的用電需求，甚至超出數倍。如圖1所示，光伏發電在整個分布式發電網絡中的占比不高，卻發揮著巨大作用。

圖1 分布式發電網絡中的光伏發電

2 大規模光伏發電對電力系統影響的分析

2.1 大規模光伏發電并網時對電壓穩定的影響

光伏發電并網時出現影響電壓穩定性的原因主要包括兩個方面：一是電網原本有功和無功負電荷的變化，二是光伏并網時是否會導致電網的輸出功率發生變化[1]。所以，為了盡可能維持光伏在并網時電壓的穩定性，需要仔細分析、核對光伏發電與并網區域的負荷是否能夠匹配。若光伏發電與要并網區域的負荷能夠匹配，那么說明光伏發電的電壓輸出功率能夠滿足并網的要求。若是不匹配，需要采取一定的措施解決這一問題。在電網功率處于負荷狀態時進行光伏發電并網，可使電力系統的電壓相對穩定，進而維持整個電網運行狀態的穩定。但是，如果在光伏發電與并網區域的負荷不匹配的情況下強行并網，會造成電壓的不穩定，進而影響整個電力系統的正常運行，嚴重時會出現斷電故障?？傮w來說，若是在事前有充足的準備，做好數據的分析、校對，做好光伏發電與并網區域負荷的調整措施，在光伏發電并網時對電網電壓的影響不會很大。圖2為光伏發電的原理。

圖2 光伏發電原理

2.2 大規模光伏發電入網對功角穩定性的影響

所謂的功角是反映發電機穩定運行以及其穩定運行余量的重要標志。在發電機組運行的過程中，為了保證發電機組的穩定性，對其進行監控十分必要。雖然光伏發電自身十分穩定，也不會參與到功角的震蕩中，不會影響功角的穩定性，但是光伏發電的電源接入電網時會影響電網原來的功率分布、電力傳輸功率等，使其可能相應隨之發生改變，導致電網的功角穩定性發生改變。這種變化與電網設計之初的拓撲結構有關，但是有一定的不確定性[2]。不同的拓撲結構對光伏發電接入產生的影響不同，有可能有利也有可能存在不利，需結合電網拓撲機構具體情況具體分析。光伏發電在并網過程中很有可能會出現脫網現象，嚴重影響電網的穩定性。

2.3 大規模光伏發電對電網質量的影響

隨著大規模光伏發電并入電網系統后，電網中的非線性負荷隨之增多，可能會影響到電網的質量。而非線性負荷的增加會使電網逆變器的開關出現延時現象，電力輸出產生波動。隨著光伏發電并網的時間延長，波動變化也會更加劇烈。光伏發電的電能是以直流電的方式接入電網中，會導致電網中的電壓相應隨之發生變化，出現電壓偏差和頻率波動的情況，需在實施過程中引起注意。但是，光伏發電并網后帶來的不只有負面影響，隨著大量電能的加入，電量總量也會增多，能夠在很大程度上緩解用電壓力。

2.4 大規模光伏發電對配電系統的影響

光伏發電的電源在接入電力系統后，會對后期配電造成一定影響。第一，因為多電源的復雜結構會影響到配電系統的正常運行，導致故障概率增加；第二，受到變壓器連接方式的影響，逆變器形成的接地回路會影響電網中的電流和電壓，還會對繼電器的保護造成錯誤引導，使其出現不正確的反應；第三，對于比較敏感的并電網光伏變換器，需要增加一定的保護措施，否則會出現低電壓超越、輸出直流分量超出標準等問題[3]。另外，高密度的光伏發電系統是由多條或是一條低電配電線路加入相同的主線發電的，當一些電路與高密度光伏發電系統相同的主線在高強度的電壓下，很容易出現電線短路的情況，而且還會導致上下級熔斷器無法配合。

2.5 大規模光伏發電對無功電壓發展的影響

大規模光伏發電還有很多正面影響，其中無功電壓屬于一種新型的電力技術，主要致力于解決電能供應過程中由于供電系統電阻過大而導致出現的電能供應緩慢問題，需要采取一定的措施以外力電壓補給形式進行科學合理改進和完善[4]。無功電壓技術的出現，可以有效保證電力系統中電壓的穩定性。若是與光伏發電技術相結合，能夠在保證電壓穩定的同時為電力系統的正常運行提供支持，最終實現無功電壓技術在電力系統中的應用。光伏發電技術本身具有很好的穩定性，能夠在無功電壓運行的狀態下實現電力系統對雙電源和多電源的同時使用。光伏發電技術與無功電壓技術在一定程度上起到了相互促進的作用。光伏發電的大規模應用促進了無功電壓的發展與應用，而無功電壓技術帶來的良好效果為光伏發電的正常運行奠定了基礎，兩者正向發展形成了一個良性循環。

3 結 論

綜上所述，發展大規模光伏發電十分重要。結合理論分析大規模光伏發電可能對電力系統造成的影響，要點主要集中在并網時對電壓穩定的影響、入網對功角穩定性的影響、對電網質量的影響、對配電系統的影響以及無功電壓發展的影響幾個方面。這些結論能夠在真正實施大規模光伏發電的時候發揮作用，幫助我國早日實現節能減排的目標，盡可能降低碳排放。