大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述

王冬明

摘 要：資源匱乏、環(huán)境污染嚴(yán)重是全球面臨的問題，電能和我們的生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和電設(shè)備運(yùn)用的不斷增多，電能的供給問題備受關(guān)注，光伏發(fā)電憑借其清潔環(huán)保、靈活安全及可再生性的特點(diǎn)得到推廣，但與此同時(shí)，會(huì)使原有的電力系統(tǒng)出現(xiàn)一些問題，文章闡述了大規(guī)模光伏發(fā)電所引起的電力系統(tǒng)的變化。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模光伏發(fā)電;電力系統(tǒng);影響分析

當(dāng)前化工能源匱乏現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，環(huán)境問題日益突出，人們?cè)诳稍偕茉捶矫娴闹匾暥仍絹碓礁摺？稍偕茉窗酗L(fēng)能、水能、太陽(yáng)能等能源類型，現(xiàn)階段太陽(yáng)能已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)非常重要的電力能源。光伏發(fā)電屬于一種較為典型的清潔能源應(yīng)用技術(shù)，有著非常廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景以及潛力，但是當(dāng)前在大規(guī)模應(yīng)用方面還存在有一定的問題，文章就此展開了研究分析。

1重要意義和工作原理

大規(guī)模光伏發(fā)電運(yùn)用的是太陽(yáng)能，屬于清潔能源，和其他能源相比，污染少，不需要電能的存儲(chǔ)、釋放等中間過程，能耗低，運(yùn)用率高，增加了電能的輸出量，更好地保障了人們的能量需求，所需場(chǎng)地空間小，簡(jiǎn)單方便，光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑群中的有效運(yùn)用，使建筑布局更科學(xué)更合理，建筑物的外觀結(jié)構(gòu)更具特色，更吸引消費(fèi)者。大規(guī)模光伏發(fā)電的實(shí)質(zhì)是運(yùn)用發(fā)電系統(tǒng)將儲(chǔ)存的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成符合人們需求的電能的過程，是直流電轉(zhuǎn)變成交流電的過程。并網(wǎng)逆變器是完成這一過程的主要設(shè)施，集中式大型并網(wǎng)電站和分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏發(fā)電的兩種不同形式，集中式大型并網(wǎng)電站可以直接在站內(nèi)完成電能的轉(zhuǎn)化，實(shí)施用戶配電，適合國(guó)家級(jí)電站，而居民建筑常采用分散式小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，便于光伏建筑一體化建設(shè)。

2大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的模型建立

2.1 光伏電池及陣列的模型

該模型在建立過程中以單二極管為基礎(chǔ)，依據(jù)基爾霍夫定律，對(duì)光伏等效電路進(jìn)行建立，并通過對(duì)所有相關(guān)理論進(jìn)行簡(jiǎn)化，最終確保計(jì)算過程的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以對(duì)開路電流、電壓、短路電流等參數(shù)進(jìn)行合理利用，以此來獲得模型建立的最佳表達(dá)式，隨后將各種表達(dá)式應(yīng)用到工程計(jì)算當(dāng)中。一般來說，要想建立出光伏陣列模型，需要以串聯(lián)關(guān)系組合為依據(jù)，只有這樣，人們才能得到最終想要的模型。但在實(shí)際工作中，人們需要對(duì)光伏列陣中的光伏組件差異性提高重視程度，如果遮擋問題出現(xiàn)，將會(huì)對(duì)P-V特性的多峰值造成嚴(yán)重影響，也會(huì)對(duì)模型建立工作極為不利。

2.2 并網(wǎng)換流器與內(nèi)環(huán)控制模型

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，換流器會(huì)對(duì)單元暫態(tài)并網(wǎng)特征產(chǎn)生一定影響。在實(shí)際工作過程中，換流器控制方式有很多，主要的控制方式是內(nèi)外環(huán)結(jié)構(gòu)雙環(huán)控制。一般來說，在內(nèi)外環(huán)控制過程中，主要的控制手段為電壓輸入，而在控制生成時(shí)，電流的參考值也得到了控制，此時(shí)便可以對(duì)換流器的并網(wǎng)方式進(jìn)行確定。另外，換流器的內(nèi)環(huán)控制主要以電流出入為主。同時(shí)，工作人員還要將外環(huán)控制中所出現(xiàn)的電流數(shù)值當(dāng)作參考基準(zhǔn)。在各個(gè)環(huán)節(jié)控制工作中，都需要對(duì)換流器進(jìn)行合理使用，從而確保電流順利進(jìn)入公共電網(wǎng)之中。

3 大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響

3.1 對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中會(huì)影響到電壓穩(wěn)定性，其原因集中在兩個(gè)方面，一方面是光伏并網(wǎng)過程中電壓輸出功率會(huì)發(fā)生一定的變化;另一方面是電網(wǎng)本身的有功以及無功負(fù)荷會(huì)發(fā)生變化。為更好地把握并網(wǎng)對(duì)電壓的影響，需要分析并網(wǎng)電網(wǎng)輸出功率與光伏發(fā)電負(fù)荷之間的匹配性，如果兩者負(fù)荷匹配，則表示光伏發(fā)電輸出功率滿足并網(wǎng)要求，這時(shí)并網(wǎng)不會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性;如果光伏發(fā)電電壓輸出功率與光伏發(fā)電負(fù)荷不匹配，并網(wǎng)過程中電壓穩(wěn)定性將無法得到保證。

3.2 對(duì)功角穩(wěn)定性的影響

光伏發(fā)電本身相對(duì)較為穩(wěn)定，與功角震蕩不存在有直接聯(lián)系，功角穩(wěn)定性不受影響，但是在并網(wǎng)過程中會(huì)影響到電網(wǎng)現(xiàn)有功率的分布以及電力傳輸功率，進(jìn)而改變?cè)泄欠€(wěn)定性。這方面的改變可能有利也可能不利，需要與電網(wǎng)具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及模型分析結(jié)合在一起展開研究探討。光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中容易有脫網(wǎng)情況出現(xiàn)，影響電網(wǎng)穩(wěn)定性。振蕩型失穩(wěn)屬于功角失穩(wěn)的一種形式，主要是因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)發(fā)生變化，電網(wǎng)運(yùn)行阻尼發(fā)生變化，不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)電振蕩，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致范圍內(nèi)其他頻段出現(xiàn)振蕩，振蕩程度受到并網(wǎng)穿透率與逛網(wǎng)接入位置等因素影響。

3.3 對(duì)供電質(zhì)量的影響

當(dāng)前光伏發(fā)電接入電網(wǎng)規(guī)模越來越大，電網(wǎng)中不斷有非線性負(fù)載出現(xiàn)，導(dǎo)致供電質(zhì)量受到極大影響。隨著非線性負(fù)載的增大，會(huì)延時(shí)電網(wǎng)逆變器開關(guān)，電力輸出出現(xiàn)諧波，另外，隨著并網(wǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，諧波變化會(huì)越來越劇烈。即使在小范圍并網(wǎng)，不會(huì)產(chǎn)生過大諧波，但是因?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)逆變器，同樣會(huì)降低供電質(zhì)量。光伏發(fā)電主要是通過直流方式將電能輸送至電網(wǎng)，在這一過程中，電壓會(huì)發(fā)生一定的變化，導(dǎo)致電壓頻率以及偏差出現(xiàn)波動(dòng)。

3.4 對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響

光伏電網(wǎng)并入電網(wǎng)中會(huì)一定程度上影響到配電網(wǎng)故障，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置會(huì)出現(xiàn)一定的改變。首先，并網(wǎng)后形成多電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜性大，導(dǎo)致故障電流各個(gè)方面受到影響;其次，就變壓器連接方式而言，逆變器在出現(xiàn)接地回路后將直接影響到電壓和電流，進(jìn)而影響到繼電保護(hù)動(dòng)作特性;再次，能夠一定程度上保護(hù)相對(duì)較為敏感的并網(wǎng)光伏變換器;最后，PV 系統(tǒng)反弧島保護(hù)功能時(shí)間無法與自動(dòng)重合閘裝置進(jìn)行有效配合，出現(xiàn)非同期合閘情況。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)這一現(xiàn)象的有效預(yù)防，接入逆變器線路，反弧島保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)間需要超過三相一次合閘啟動(dòng)時(shí)間。

高密度光伏發(fā)電系統(tǒng)包含有多條低壓配電線路，這些線路接入相同主線完成發(fā)電功能，當(dāng)光照發(fā)生變化時(shí)，光伏發(fā)電功率會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，分配到配電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動(dòng)。尤其與光伏發(fā)電系統(tǒng)相同主線饋電線路有短路等情況出現(xiàn)時(shí)，上下級(jí)熔斷器之間很難形成有效配合，最終導(dǎo)致部分支路短路功率過大。

結(jié)語(yǔ)

大規(guī)模光伏發(fā)電的普及推廣，符合我國(guó)節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略目標(biāo)，是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的具體體現(xiàn)。對(duì)增強(qiáng)人們的環(huán)保意識(shí)，幫助人們養(yǎng)成良好的用電習(xí)慣、對(duì)促進(jìn)電力企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。這一技術(shù)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用，使人們真正意識(shí)到節(jié)約用電的重要，為電力企業(yè)的生存和發(fā)展開拓了更廣闊的空間。本文通過對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電的重要意義和原理闡述，從對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)問題、對(duì)電能質(zhì)量的影響、有功頻率特性的變化、影響無功電壓的特性等方面分析了大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，進(jìn)而提高電能質(zhì)量。加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究力度和運(yùn)用推廣，提高技術(shù)水平，把握光伏發(fā)電的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，切實(shí)做好電能供給和服務(wù)工作，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)地發(fā)展是電力企業(yè)義不容辭的職責(zé)，通過分析為業(yè)內(nèi)同行對(duì)光伏發(fā)電的理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。能源緊張、環(huán)境污染嚴(yán)重是全球化的嚴(yán)峻問題，珍惜能源，合理開發(fā)利用新能源，和每個(gè)人的切身利益密不可分，讓我們齊心合力，發(fā)揮太陽(yáng)能的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)新技術(shù)、優(yōu)化電能質(zhì)量，為促進(jìn)我國(guó)電力企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的微薄之力。

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