光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響及解決策略

甘肅省電力投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 靳重慶

1 發(fā)展光伏發(fā)電的前提及光伏發(fā)電并網(wǎng)簡(jiǎn)介

環(huán)境污染是由于人類不恰當(dāng)?shù)男袨橐l(fā)的各種使人們生活受到嚴(yán)重影響的行為，環(huán)境污染嚴(yán)重破壞了人類的生產(chǎn)生活條件。如今，由于環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，人類賴以生存的環(huán)境被破壞程度越來(lái)越高，不得不使人類將環(huán)境治理與解決能源需求的問(wèn)題提上日程，并成為人類生產(chǎn)生活中必不可少的一項(xiàng)工作。

以往人類在生產(chǎn)生活中大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛利用的能源是常規(guī)能源、也叫傳統(tǒng)能源，如煤、石油、天然氣等，這些能源都是一次性非再生能源，是在地殼運(yùn)動(dòng)中經(jīng)千百萬(wàn)年形成的，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)再生。大量傳統(tǒng)能源的消耗引起了人們的危機(jī)感并且?guī)?lái)了嚴(yán)重的環(huán)境污染，產(chǎn)生了酸雨、霾、溫室效應(yīng)等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。環(huán)境污染既損害人體健康又影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，破壞經(jīng)濟(jì)資源，損害建筑物，嚴(yán)重時(shí)可以改變大氣的性質(zhì)，使生態(tài)受到破壞，如果不加以控制和改變，長(zhǎng)此以往人類將自食其果，毀滅于環(huán)境污染中。

迫于這種壓力，人類開(kāi)始提出可持續(xù)發(fā)展理念，關(guān)注環(huán)境、注重環(huán)境保護(hù)，開(kāi)發(fā)利用新能源。新能源是指在新技術(shù)基礎(chǔ)上加以開(kāi)發(fā)利用的的可再生能源，特點(diǎn)是取之不盡、周而復(fù)始，從而取代資源有限、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的化石能源。新能源包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕艿取?/p>

光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電裝置主要由三部分構(gòu)成：太陽(yáng)能電池板、控制器、逆變器。太陽(yáng)能電池板是由一塊塊能接收太陽(yáng)能的電池串聯(lián)組合而成，再連接控制器就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電主要原理是利用光電效應(yīng)使半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的部位之間產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，其次是形成電壓過(guò)程。光伏發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電為直流電，需通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電才能供給電網(wǎng)使用。將光伏裝置產(chǎn)生的電并入公共電網(wǎng)供其使用就叫做光伏發(fā)電并網(wǎng)[1]。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響

光伏發(fā)電作為新能源發(fā)電，對(duì)日常生活供電、節(jié)約傳統(tǒng)能源、保護(hù)環(huán)境方面做出了巨大的貢獻(xiàn)，與傳統(tǒng)的火力系統(tǒng)發(fā)電比有很多優(yōu)點(diǎn)，如資源無(wú)枯竭危險(xiǎn)、安全可靠、無(wú)污染、無(wú)公害、不受資源分布地域的限制、能源質(zhì)量高、獲取能源花費(fèi)時(shí)間短、建設(shè)無(wú)需耗費(fèi)巨大人力和物力等優(yōu)點(diǎn)。但光伏發(fā)電作為新興發(fā)電形式，在并入電網(wǎng)過(guò)程中還是對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行存在一定影響，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制有一定影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)有集中式并網(wǎng)和分散式并網(wǎng)方式，集中式并網(wǎng)就是指將光伏發(fā)電所產(chǎn)生的電能直接輸送到電網(wǎng)，供電網(wǎng)調(diào)度使用，這種并網(wǎng)方式主要適應(yīng)于大型光伏電站并網(wǎng)，如大面積的公路光伏發(fā)電裝置就是運(yùn)用這種方式并網(wǎng)；分散式并網(wǎng)是指所發(fā)出的電能不直接供往電網(wǎng)，產(chǎn)生的電能存在某一負(fù)載中，電網(wǎng)需要的時(shí)候再調(diào)度使用，通常用于城區(qū)內(nèi)、特別是于建筑結(jié)合的光伏系統(tǒng)，比如裝置于屋頂上的光伏發(fā)電裝置。再者光伏發(fā)電主要是利用太陽(yáng)光進(jìn)行發(fā)電，因而受天氣影響較大，發(fā)電量存在不穩(wěn)定性。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)形式的不同和發(fā)電量的不穩(wěn)定造成光伏發(fā)電裝置所發(fā)的電量并入電網(wǎng)后電網(wǎng)中電源點(diǎn)數(shù)的增加，并且這些點(diǎn)數(shù)的分布和數(shù)量沒(méi)有任何規(guī)律可循，所以對(duì)電源的控制和電網(wǎng)的運(yùn)行都增加了一定的難度。

對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)一性產(chǎn)生一定影響。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)發(fā)電形式不一樣且發(fā)電所采用的能源不一樣，所以發(fā)電停電的時(shí)間不能統(tǒng)一。在傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)進(jìn)行發(fā)電時(shí)光伏發(fā)電可能因?yàn)樘鞖庠驔](méi)有進(jìn)行發(fā)電，也可能在傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)因?yàn)槟撤N原因停電時(shí)光伏發(fā)電正在發(fā)電，因而兩者不具備統(tǒng)一性。如果在傳統(tǒng)行業(yè)停電時(shí)而光伏發(fā)電系統(tǒng)正在發(fā)電供向電網(wǎng)，那么就會(huì)產(chǎn)生“孤島效應(yīng)”影響，即成為孤立電源對(duì)周圍電網(wǎng)進(jìn)行供電，一旦電網(wǎng)來(lái)電會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，對(duì)電力設(shè)備設(shè)施造成損害和給可能正在維修電網(wǎng)的維修人員造成身體傷害或者生命傷害。

對(duì)電網(wǎng)成本運(yùn)營(yíng)的影響。光伏發(fā)電裝置接收太陽(yáng)能產(chǎn)生電能后由逆變器接入國(guó)家電網(wǎng)，電網(wǎng)系統(tǒng)必須增加容納電量的容器和轉(zhuǎn)換電能的容器以便接納使用光伏電能，從這一方面說(shuō)，光伏發(fā)電增加了電網(wǎng)的設(shè)備耗能，加大了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。另外光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)也加大了電網(wǎng)的工作量，需要投入大量的技術(shù)人員去操作并網(wǎng)，這也增加了電網(wǎng)的運(yùn)行成本。

對(duì)電壓和電能質(zhì)量的影響。在光伏發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能沒(méi)接入電網(wǎng)前，電網(wǎng)的電流形式單一且電流平穩(wěn)易于掌控。而當(dāng)光伏發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能接入電網(wǎng)后使得電網(wǎng)的電流形式多樣化，并且光伏發(fā)電裝置產(chǎn)生的電能本身會(huì)受天氣等的影響造成發(fā)電量不穩(wěn)定，這種影響會(huì)延續(xù)到并入電網(wǎng)后，對(duì)電網(wǎng)的電流產(chǎn)生影響，導(dǎo)致電網(wǎng)的電流不穩(wěn)定且變得不易掌控。大型光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量高、對(duì)電網(wǎng)影響大，然而如果大型光伏發(fā)電系統(tǒng)受天氣影響勢(shì)必會(huì)造成電壓的波動(dòng)。另外，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電為直流電，在經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變進(jìn)入電網(wǎng)時(shí)肯定會(huì)產(chǎn)生諧波，對(duì)電網(wǎng)造成影響。

對(duì)運(yùn)行調(diào)度的影響。當(dāng)前光伏發(fā)電技術(shù)還不成熟，自動(dòng)化功能還不完善，且光伏發(fā)電裝置的發(fā)電功率直接受天氣變化影響，所產(chǎn)生的電能是不可預(yù)測(cè)的，所以光伏發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能的可調(diào)度性也是不可控制的。在原有的調(diào)度下，電網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的變化可能導(dǎo)致電網(wǎng)的可用電量減少，從而導(dǎo)致電網(wǎng)對(duì)電量的控制度及調(diào)動(dòng)難度加大。因此當(dāng)在電力系統(tǒng)中光伏發(fā)電裝置所產(chǎn)生的電能較多時(shí)，電網(wǎng)應(yīng)采取積極的措施應(yīng)對(duì)電量調(diào)度問(wèn)題。

對(duì)電網(wǎng)后期發(fā)展的影響。隨著光伏發(fā)電的發(fā)展越來(lái)越成熟，建設(shè)面積越來(lái)越大，其負(fù)載及反送功率也會(huì)呈現(xiàn)一定的變化，進(jìn)而使得原有的電網(wǎng)難以滿足需求，需根據(jù)實(shí)際情況重新進(jìn)行規(guī)劃，重新審視調(diào)度電網(wǎng)的運(yùn)行方式，這在一定程度上增加了電網(wǎng)的資金投入，增加了相關(guān)人員的日常工作量，加大了運(yùn)營(yíng)成本[2]。

3 解決光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)影響的策略

對(duì)于以上光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響，應(yīng)提高光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，穩(wěn)定光伏發(fā)電裝置發(fā)電量，控制光伏發(fā)電電能并網(wǎng)后的電流穩(wěn)定性，盡可能的降低光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響，使之對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生有益的影響，消除安全隱患，真正為我們所用。

首先對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)之前要制定完善的政策和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范其運(yùn)行，將對(duì)并網(wǎng)之后的影響降到最低；其次，對(duì)接入電網(wǎng)的光伏發(fā)電站必須要求配備“孤島效應(yīng)”檢測(cè)技術(shù)裝備，防止“孤島”現(xiàn)象發(fā)生，保護(hù)電網(wǎng)電流的穩(wěn)定性和工作人員的安全。孤島檢測(cè)技術(shù)有主動(dòng)式檢測(cè)和被動(dòng)式檢測(cè)兩種方式，主動(dòng)式檢測(cè)是指主動(dòng)制造擾動(dòng)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)擾動(dòng)快速增加并被檢測(cè)出來(lái)，而被動(dòng)式檢測(cè)技術(shù)是指只在產(chǎn)生故障時(shí)檢測(cè)波動(dòng)。

另外隨著信息化技術(shù)的發(fā)展能對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行整體監(jiān)測(cè)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)并入電網(wǎng)的光伏發(fā)電信息重點(diǎn)檢測(cè)，充分掌握其變化，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

太陽(yáng)能發(fā)電是傳統(tǒng)發(fā)電的有益補(bǔ)充，鑒于太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要意義，各個(gè)國(guó)家都在全力推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電工作，光伏發(fā)電裝置因?yàn)閷?duì)環(huán)境要求低、易于操作、便于維護(hù)、發(fā)電量高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可能在我國(guó)電力發(fā)展中占據(jù)主導(dǎo)地位。