光伏并網對電網自動化控制系統的影響

朱 昊

（淮安三新供電服務有限公司，江蘇 淮安 223300）

0 引 言

就近年來的能源開發與使用情況來看，傳統非再生資源不但存在能源緊缺的問題，而且造成了較嚴重的環境污染問題。為了實現長久開發、應用與良好發展，進行能源結構的有效轉型勢在必行。隨著全球經濟化形式不斷發展，清潔性能源正不斷廣泛普及和應用，并呈現出可將傳統能源取而代之的發展趨勢。就太陽能來說，其具有取之不盡、節能減排等特點及優勢，深受人們的喜愛。在未來發展中，將進一步擴大光伏發電系統的具體使用范圍。與此同時，光伏電網的平穩運行主要依靠多個電力控制系統的合理控制，包括自動發電控制系統。

1 光伏并網與電力自動化發電控制系統

近些年，我國正逐漸普及和推動新能源的有效應用，例如地熱能、風能、水能以及太陽能等，這些非常規性能源正在逐漸代替傳統的石油和煤炭等能源。在新興能源項目中，開發及應用得最普遍的就是太陽能。與此同時，太陽能與我國農業發展、環境建設等領域的有機結合也愈發緊密，光伏發電方面的相關產業也在迅速發展[1]。根據相關能源數據統計，我國在2020年和2021年的各類發電方式發電量與增長率如表1所示。

表1 各類發電方式所發電量與增長率

光伏發電出力具有一定的隨機性、波動性，其在發電量方面是隨著太陽光照強度的變化而變化。白天光照強度較大，光伏出力??；而在夜間光照強度為零，光伏的出力效果也為零[2]。光伏出力存在明顯的波動性，給電力系統的自動化發電控制帶來了很大的挑戰。由于系統負荷會隨時發生變化，因此對于電力自動化控制系統存在的系統負荷變化的不確定性，需要配置相應的自動化發電控制系統，以此來對其進行有效控制和應對。但在系統中引入光伏電站后，光伏出力是否適宜也會存在一定的不確定性，此時需要設置旋轉備用容量，以便在自動化發電系統出現不確定性問題時及時解決。在具體光伏并網運作時，光伏出力較小的話，系統的常規機組就需要不斷加大發電出力，為系統提供負荷需求要素。光伏出力比較大的話，就需要有效減小發電出力，以確保電網系統的發電功率動態平衡[3]。

自動發電控制系統可以調節發電頻率，針對電力系統負荷變動分量的不同，可以劃分為一次、二次和三次調頻，以合理分配機組的調節功率。一般情況下，光伏并網后需將自動發電控制、安全約束經濟調度進行有機結合，構建閉環式自動化電力控制系統，以便更好地實現穩定斷面的預防及校正控制。

2 電網的自動化電壓控制系統

現階段，我國光伏行業的發展取得了一定成效，在太陽能電池組件、電池等相關設備制造以及高純多晶硅原材料的生產等領域處于領先地位[4]。光伏發電需要用到大量的電力電子裝置、系統，光伏并網對自動化電力控制系統有著一定的影響。光伏發電系統總體框架如圖1所示。

圖1 光伏發電系統總體框架

受太陽能能源的影響，光伏發電的無功功率會隨著有功功率的變化而產生變化，而電網系統內的無功功率水平與電壓有著緊密的聯系。隨著無功功率的充裕情況而變化，功率充裕則能力強，無功功率不足則應對能力弱，因此極易出現電壓發生崩潰的現象。

電網系統較常用的電壓調整方式有多種，包括對有載變壓器的分接頭位置進行合理調節、并聯電容器等[5]。對于有著較多光伏并網的區域，應增加無功電源的配備。此外，在進行光伏并網發電時，配備相應的設備，如表2所示。

表2 光伏并網相關設備

3 電網的穩定控制系統

光伏發電利用太陽能電池板將太陽產生的能源成功轉化為電能，是國家在大力鼓勵、推廣使用的新型發電能源項目。不論是大規模、集中式的光伏電站，還是分布式、裝機容量較小的分布式光伏，光伏的總裝機容量都在不斷擴大[6]。由于光伏出力存在一定的不確定性與波動性，因此需要設置更多、更好的輔助服務，以確保光伏并網后系統能夠持續穩定運行。

當自動化電力控制系統出現情況而無法穩定運行時，系統會根據具體情況自行啟用相關負荷控制策略。系統依據電網負荷的分布情況及故障程度，按照分輪次的形式來切除相關負荷，從而確保系統正常、穩定運行[7]。在切除相關負荷后，通過多能互補和增加儲能裝置等措施，滿足電力系統對棄光電量的需求[8]。

4 發展展望

為了保障未來我國光伏發電不斷朝著高質量、高效率等方向發展，需要提高大電網的高效化與智能化水平?；诟咚?、雙向通信技術，充分合理利用較先進的測量技術、傳感技術以及電力控制方法，促進電網實現智能化發展[9]。此外，不斷強化清潔類新能源的開發與應用。在新能源的開發利用過程中，微型能源網是一個比較重要的方向。微能源網是能源互聯網的一個核心子單位，通過對相關應用能源進行存儲、優化和配置，可以有效促進用能負荷平衡。

5 結 論

相較于傳統能源存在環境污染等問題，光伏發電主要以太陽能為主，具有無污染排放、安全可靠等優點，基本不受資源分布等客觀因素的限制。在我國未來新能源的結構組成中，光伏發電所占比重不斷增加。通過消除光伏并網對電網相關自動化控制系統所產生的不利影響，擴大光伏并網規模，實現光伏產業健康可持續發展。