大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述

陳本兵

摘要：大規(guī)模光伏發(fā)電推廣符合我國節(jié)能環(huán)保的戰(zhàn)略目標(biāo)，是促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的體現(xiàn)。提高人們的環(huán)境保護(hù)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)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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

一、重要意義和工作原理

大型光伏發(fā)電采用太陽能發(fā)電屬于清潔能源，與其他能源相比，污染少，不需要儲(chǔ)存和釋放電能，能耗低，利用率高，增加了電能輸出，更好地滿足人們的能源需求。光伏發(fā)電系統(tǒng)在建筑綜合體中的有效應(yīng)用，使建筑布局更加科學(xué)合理，外部結(jié)構(gòu)更具特色，更吸引消費(fèi)者。大規(guī)模光伏發(fā)電的本質(zhì)是利用發(fā)電系統(tǒng)把儲(chǔ)存的太陽能轉(zhuǎn)化為供人使用的電力。電力需求的過程是把直流電轉(zhuǎn)化為交流電。集中式大型并網(wǎng)發(fā)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)發(fā)電站可以直接完成站內(nèi)電能的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)用戶分配電力，適合國家電站使用。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

目前，我國光伏發(fā)電主要是利用太陽能。我國太陽能資源相對(duì)豐富，光伏發(fā)電開始大規(guī)模發(fā)展，系統(tǒng)也在不斷改進(jìn)。近年來，光伏發(fā)電系統(tǒng)因其能夠保證電力供應(yīng)的質(zhì)量和安全，在沙漠和偏遠(yuǎn)山區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。在我國光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，除了獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)外，還有光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電相對(duì)于獨(dú)立的光伏發(fā)電而言，它有著更廣泛的應(yīng)用，主要是軍事、城市、農(nóng)田、土壤、通訊等等。另外，近年來并網(wǎng)發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用還在不斷發(fā)展和推廣。我們所說的獨(dú)立光伏發(fā)電和并網(wǎng)光伏發(fā)電以及大規(guī)模光伏發(fā)電，大部分也依賴于太陽能光伏發(fā)電。但目前我國在太陽能光伏發(fā)電方面還處于起步階段，在應(yīng)用方面還存在許多問題和不足：一是我國光伏發(fā)電的基礎(chǔ)不足，這種材料大多需要從國外進(jìn)口。二是用于光伏發(fā)電的太陽能電池大量出口，在光伏發(fā)電的使用上是不夠的。第三，太陽能光伏發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施和其他維護(hù)不到位，使得光伏發(fā)電不能達(dá)到其原有價(jià)值。第四，相關(guān)法律和政策落實(shí)不到位，光伏發(fā)電的正常運(yùn)行得不到保障。

三、大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響的分析

1、大規(guī)模光伏發(fā)電入網(wǎng)對(duì)功角穩(wěn)定性的影響

所謂功角反映了發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，是衡量線路裕度重要指標(biāo)。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程中，為了保證發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，有必要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測。然而，光伏發(fā)電本身是非常穩(wěn)定的，不參與功率角的振蕩，不會(huì)影響功率角的穩(wěn)定性，但光伏發(fā)電接入電網(wǎng)會(huì)影響電網(wǎng)的原始功率分布和動(dòng)力傳輸功率等，可能會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致電網(wǎng)壽命功率角的穩(wěn)定性發(fā)生變化。這種變化與電網(wǎng)設(shè)計(jì)初期的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，但也存在一定的不確定性。

2、對(duì)電能質(zhì)量的影響

由于大規(guī)模光伏發(fā)電的結(jié)合，電力電子技術(shù)同時(shí)得到了廣泛的應(yīng)用，非線性負(fù)載逐漸被應(yīng)用到系統(tǒng)中，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的故障和污染，以及電能質(zhì)量等問題。逆變器開關(guān)速度變化小，靈活性差，導(dǎo)致輸出失真，諧波嚴(yán)重，由于受到太陽光照射的影響，輸出功率小，變化過大，同時(shí)又出現(xiàn)較大的光伏并網(wǎng)電流諧波疊加等效應(yīng)，光伏大規(guī)模集成到并網(wǎng)系統(tǒng)中，使電網(wǎng)內(nèi)部電子元件的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更可靠、更穩(wěn)定，大大提高了系統(tǒng)的信息和功能運(yùn)行的智慧。同時(shí)，污染現(xiàn)象也可能發(fā)生，一旦污染現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量下降。在國內(nèi)外大型光伏發(fā)電站的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)中，為了跟上電能質(zhì)量的變化，單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波由于多臺(tái)并網(wǎng)逆變器的存在而變得較弱。

3、對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響

在電網(wǎng)系統(tǒng)中，采取措施對(duì)電網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，采取適當(dāng)措施保證配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常必要的。通過大規(guī)模光伏發(fā)電，使得配電系統(tǒng)保護(hù)受到大規(guī)模光伏接線的沖擊，使得配電系統(tǒng)的原始運(yùn)行受到一定程度的影響，故障特征也發(fā)生了變化。現(xiàn)有的配電系統(tǒng)中的中間保護(hù)裝置不能起到保護(hù)作用，有文獻(xiàn)指出，電力系統(tǒng)中的燈光，變壓器的接線方式與傳統(tǒng)的接線方式有很大的差距，繼電保護(hù)特點(diǎn)也發(fā)生了變化。此外，它也可能受到人為因素影響，而且光伏并網(wǎng)變換器是非常敏感的，一些員工正在改變不合格的保護(hù)被添加到變換器，這也將提供后備電源變電站在原來分布系統(tǒng)，正常使用的電源有很大的區(qū)別。

4、有功頻率特性的變化

光伏發(fā)電的電流水平傳播經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)。為了保證電流的順利通過，最大限度地減少和避免損壞設(shè)備和元器件，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行，電網(wǎng)的負(fù)載能力增加了系統(tǒng)維持有功功率平衡的難度，運(yùn)行特性也將受到很大的影響，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)一般都設(shè)置了備用系統(tǒng)，但是光伏陣列的干預(yù)，改變了原有的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為了滿足當(dāng)前的輸電要求，原有的常規(guī)電源只能在發(fā)生緊急情況時(shí)才能更換，系統(tǒng)的響應(yīng)能力大大降低，頻率的變化降低了系統(tǒng)的整體運(yùn)行效果。

5、大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)無功電壓發(fā)展的影響

大規(guī)模光伏發(fā)電還有許多其他的積極作用，其中無功電壓技術(shù)是一種新型的電源技術(shù)，它主要用于供電，供電系統(tǒng)在應(yīng)用過程中由于電源電阻過大而引起的供電應(yīng)用過程應(yīng)該是緩慢的問題，需要采取一定的措施與外力電壓充電形式公式進(jìn)行科學(xué)合理的改進(jìn)和完善。無功電壓技術(shù)的出現(xiàn)，可以有效地保證電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定。系統(tǒng)的正常運(yùn)行為最終實(shí)現(xiàn)無功電壓技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了支持。光伏發(fā)電技術(shù)本身具有良好的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)無功電壓可操作和多功率同時(shí)使用的狀態(tài)。光伏發(fā)電技術(shù)與無功功率壓力技術(shù)在一定程度上起到了相輔相成的作用。光伏發(fā)電電力的大規(guī)模應(yīng)用促進(jìn)了無功電壓的發(fā)展和應(yīng)用，但光伏發(fā)電正常運(yùn)行所帶來的電源和電壓技術(shù)的良好效應(yīng)并沒有為光伏發(fā)電的正常運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，兩者的積極發(fā)展形成了良性循環(huán)。

6、對(duì)小擾動(dòng)穩(wěn)定性方面的影響

大型光伏發(fā)電存在電氣運(yùn)行不穩(wěn)定的問題，威脅著電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要對(duì)大型光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率運(yùn)行點(diǎn)的實(shí)際輸出狀態(tài)進(jìn)行分析，以了解電氣運(yùn)行的不穩(wěn)定機(jī)理。同時(shí)，如果電容器的儲(chǔ)能相對(duì)較小，也會(huì)影響電力系統(tǒng)供電運(yùn)行的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

綜上所述，只有正確認(rèn)識(shí)到當(dāng)前大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)同電力系統(tǒng)的影響關(guān)系，才能夠加強(qiáng)對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究力度，幫助我國電力系統(tǒng)更好更穩(wěn)定更長久的運(yùn)行，并助推我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

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