光伏發電系統對電力調控的影響

王營

山東昱興電力有限公司 山東東營 257000

隨著我國經濟的發展，能源與資源的消耗對環境的影響日益嚴重，光伏發電作為清潔能源其開發利用顯得日益重要。光伏發電系統具有資源普遍、無污染，設備可靠，維護簡單并受地域條件限制小的特點。并且，我國太陽能資源十分的豐富，排除西南以及黑龍江邊境地區外均為高太陽能資源區，這對發展光伏發電系統十分有力。同時，光伏發電也存在著諸多問題，如功率輸出不穩定，可調度性差，并具有間歇性發電和隨機波動性變化的特點[1-2]。這些都對電力調控造成一定影響，對電力調控工作的管理與操作提出了一定的挑戰。

1 光伏發電原理

當前，在城市建設過程中對電力需求量不斷增大，這使得電力單位壓力也在持續加深。在此背景下，我國電力單位逐漸開始運用新能源光伏發電系統，其可以有效緩解我國的能源緊張問題。在對光伏發電系統進行應用的前期，首先必須要對光伏發電原理進行了解。光伏發電的核心部件是太陽能光伏電池，其主要是由薄膜或單晶硅或多晶硅等材料制成，其工作原理與二極管較為相似，但不同的是在光伏發電太陽能電池中所起到推動和影響P-N結空穴和電子運動的是太陽光子和光輻射熱，即光生伏特效應。而光伏發電系統主要指的是由光伏電池、逆變控制器等核心部件等組成的系統，其包括了離網光伏、并網光伏發電兩個系統。在實際的應用過程中，由于離網光伏發電的操作較為簡單，其適用范圍較廣，因此使用率較高一些。而并網光伏發電系統由于蓄電池體積較大，在太陽能電力不夠時需要通過電網購電才能夠保證后續的使用，發電成本較大，而且后續的維護工也作較為復雜，使得實際應用程度較低。

2 光伏發電系統對電力調控的影響

2.1 影響電站的發電計劃

國家此前的主力發電方式是火電，也就是煤炭等燃燒物發電，火電因污染等問題在未來的發電系統中正逐漸被邊緣化，但光伏發電要想完全取代火力發電還存在很大的缺陷。火電雖然對環境的污染巨大，但在其功率的輸出上具有光伏發電所不具備的穩定性和可預測性。相較之下，光伏發電依賴光照，因此季節、空氣溫濕度、天氣等環境因素都會對其產能帶來影響，所以光伏發電充滿很強的隨機性和不可控性。也正是這層不可控性，使得光伏發電系統的運行穩定性受到了極大的阻礙，這也增加了以光伏發電系統發電的電站在制定發電計劃以及實施時的難度。在國家能源局的《2018年光伏發電通知》公布之后，未來的光伏發電應用數量和應用范圍還會持續增高，而這樣一來，供電公司的電力調控難度還會走向越來越困難的狀態。

2.2 孤島效應的引發

孤島效應是指在電路上，某個區域明明有電流通路但實際卻沒有電流通過的現象，具體表現為電網已經失壓，但發電系統仍就對電網中的鄰近部分線路進行供電。這就是電流系統中所謂的孤島效應。在當前，國家的光伏發電應用正在逐漸擴大，并網光伏電站的數量正在增加。孤島效應發生的概率也在隨著電站的增多而增多。其不僅會對光伏發電站本身的設備帶來極大的損害，同時也會讓大電網的損害進一步擴大為災害事故。比如，處于孤島效應的電流通路雖然沒有電流通過，但本身還處于供電狀態，因此會對供電公司的現場檢修人員造成極大人身安全隱患，極容易引發人身財產損失。因此電網調控中心應當做好相關工作來保障電網的安全穩定運行。

2.3 影響無功電壓的特性

光伏發電系統本身是依靠太陽能資源產生電能，日照越充足產生的電能才越多，基于這一運行特點，國內很多光伏發電系統在建立之時都會選擇海拔高、日光足的地方，比如像戈壁灘或者沙漠等處，或是其他人煙稀少的“無人區”。這些地段由于位置偏僻，電能的需求量少，相應的電系統負荷也不需要太高，因此也使得國內的光伏發電系統存在一個常見現象，就是以光伏發電系統供電的電網其短路容量很低。因為光伏發電系統需要日光充足的地方，而其產生的電能都需要用遠距離高壓輸送到千家萬戶，在這一運輸過程中，電能就可能發生隨機波動，對于電網運行的無功平衡影響很大，因為隨機波動的有功出力會穿越近區電網和長距離的輸電通道，從而對無功平衡產生沖擊，使得電網的整體平衡性都受到影響[3]。

2.4 影響繼電保護

光伏發電并網運行系統讓光伏電網的潮流具有了雙向性，而隨之而來的是電網故障時短路電流的改變，不管是大小、方向還是分布，這些因素都成為了不確定性。也因此裝設繼電保護裝置成為光伏發電系統中一道必不可少的工序，這是為防止出現電網故障后整個電網系統出現失穩和反送電的情況。通常而言，繼電保護裝置對于整個電站具有非常大的保護作用，可以很好的保護電網避免故障沖擊。然而，在光伏發電并網運行系統中，已并網的發電系統向大電網進行功率輸入工作時，就會造成原繼電保護裝置的保護區域縮減，即繼電保護裝置無法在做到有效的保護電網避免故障沖擊，這樣一來繼電保護裝置工作的靈敏性與可靠性就會大打折扣。

3 結語

隨著光伏發電技術的發展，其對電力調控的影響將進一步加深，如何在新形勢下既保障光伏發電的發展又保障電網運行的安全與穩定將是供電公司調控部門工作的重中之重。由于光伏發電自身的不穩定與不確定性，傳統的工作方法必將無法滿足新的工作要求。這就要求不斷結合情況發展制定可行的辦法，調整電網結構、繼電保護配置與管理手段，做好精心調控，科學規劃，促進光伏發電新能源技術的發展。