光伏并网发电系统对电网的影响研究综述

光伏并网发电系统对电网的影响研究综述

骆鹏飞

骆鹏飞江苏省南京市210000

摘要：本文阐述光伏并网发电系统工作原理和技术特点，分析分布式光伏发电系统接入配电网中产生的影响，并结合电压、谐波、频率对电能质量所产生的变化，提出针对配电网输电系统的保护措施，以达到促进我国电网系统稳定发展的目的。

关键词：光伏；并网；发电系统；配电网；影响

随着社会经济的不断发展，人们对能源的需求不断增大，面临不合理的能源机构的问题，人们逐渐重视对可再生新型能源的开发及利用。当前光伏发电作为一种新型发电技术，具有可再生、无污染、成本低的优势，在国内外得到广泛的应用。据国家电网数据统计，截至2008年底，我国光伏并网发电系统装机量已突破140MW的大关，与此同时，下面对光伏并网发电系统接入配电网中给配电网产生的影响进行分析。

一、光伏并网发电系统的工作原理及技术特点

光伏并网发电系统主要包括集中式和分布式发电系统（其中集中式发电系统可将电能直接接入电网中使用，分布式则分布较广，装卸方便。将两种发电系统结合利用，能够最大程度上降低发电成本。利用电网系统将分布式光伏并网生产的电能进行储存，若用户需要用电，则可向公共电网购买，极大的提高了电能的使用效率。

（一）光伏并网发电系统工作原理

光伏发电的工作原理为：利用半导体产生的光生伏打效应，将太阳能直接转化为电能投入使用，通过逆变器将光伏电池阵列中的电流从直流转化为交流的形式，以便于在配电网系统运行。光伏并网发电系统的组成部分包括太阳能电池板、控制器、储电器、逆变器等（如图1、2所示。）

（注：图2中代号意义：Ip——光电流，ipv——光伏阵列输出电流，Cpv——光伏阵列出口侧滤波电容，Upv——滤波电容器直流电压，LAC——逆变器交流侧滤波电感，RAC——滤波电感等值电阻，CAC——逆变器交流侧滤波电容器端电压，iAC——逆变器交流侧输出电流，uAC——滤波电容器端电压，N——变压器变比值，Ls——从变压器到并网节点的等值电感，Rs——变压器到并网节点的电阻，is——流经光伏电站并网节点电流，us——并网点主干线路电压，Us——幅值，——相位角。）

（二）光伏并网发电系统技术特点

1.随机波动性

随机性和波动性是光伏并网发电系统的主要特点，受光照和天气影响较大，电能输出功率会随光照和温度的变化而产生波动。如图3所示，从某市光伏并网发电系统输出功率图中可以看出，日照和温度与功率呈正相关。

图3该市光伏发电系统输出有功功率变化图

2.电压源电流控制式逆变器

目前大部分光伏并网逆变器以电压源电流进行控制，实现对电压值的检测，保证并网能顺利运行，其输出功率与纯有功功率差异性不大，功率因素在0.8~1左右。

二、光伏并网发电系统对配电网的影响综述

（一）光伏并网发现系统的电能质量问题

尽管光伏并网发电系统产生的电能大部分皆为有功电能，但光伏并网系统所负载的无功电流会对电能质量造成不利影响，因此，可以在光伏并网发电系统一侧安装无功补偿设备，以达到提高输出电能稳定性的目的。此外，由于温差变化及太阳辐射的变化，光伏并网发电系统具有较强的随机流动性，使光伏并网发电系统发电功率存在一定的间歇性和阶段性，因此，若想提高系统输出功效和电能质量，必须要提高发电设备的有效使用率。例如可在光伏并网发电系统中安装光伏并网逆变器，利用ip-iq电流进行检测，充分利用逆变器的优势，达到提高电能质量的目标。

（二）孤岛效应问题

孤岛效应原理指的是，在光伏并网发电系统接入配电网输电系统后，当配电网发生短路电流故障情况，光伏并网发电系统仍然保持电源的输送状态，从而导致自给型供电孤岛的产生。孤岛效应对配电网系统及用户用电系统具有极大的损害，不仅会使配电网产生负载，危及用户的安全，还对配电网造成强烈的电流冲击，使得电力系统的电压不稳，损害用电设备。因此要重视配电网输电系统中孤岛效应的监测工作，采取主动式或被动式的方式对发电系统进行检测，促发电路保护配置，在发现孤岛效应时及时解决。

（三）稳定性问题

光伏并网发电系统接入配电网输电系统后会使配电网输电系统稳定性降低，主要表现在：第一，由于光伏并网发电系统具有强烈的随机波动性，易受到环境温度及太阳能照射强度变化的影响；第二，光伏发电站的位置、容量及其接入方式都会对供电系统的稳定性带来一定影响；第三，当前光伏并网发电系统规模不断扩大，其发电容量站供电总量的比重越来越大，极可能会导致供电系统的不稳定。因此供电部门需要采取合理措施，提升配电网输电系统的稳定性。例如光伏并网发电系统接入配电网输电系统时，采用PSS/E分析输电系统的运行状态，通过电池储能、转移负荷等方式来保证发电系统的稳定性。

（四）配电网电压及保护问题

随着我国光伏并网发电系统装机量不断增长，接入配电网的规模逐渐扩大，在提高电能输出的同时会对配电网中电压及配电保护造成负面影响，当光伏并网发电系统接入配电网输电系统后，可能产生潮流反馈，若有电流流经潮流反馈线路时，电路阻抗值会产生一定程度的降低，此时变电站电压值低于负荷电压值，使负荷一侧侧电压值过大，从而引起电压失衡的情况。在集中式光伏并网发电系统接入配电网系统时，通常接入10kV电压等级配电网数显系统，如果线路发生短路，则会导致光伏电源与短路电流相互冲击，对电压和输出电能均会造成影响。随着我国供电输电技术的迅猛发展，配电网输电系统结构产生了变化，人们对配电网输电系统继电保护提出了更高的要求。

结束语

光伏发电发展前景巨大，且具有低成本、可再生、无污染等优点，但在光伏并网发电系统接入配电网时会导致电压不稳、电能质量下降等弊端，并会产生孤岛效应等问题，不利于电力企业效益增长。本文分析了光伏并网发电系统并入配电网输电系统时，对配电网输电系统造成的影响，分析光伏并网发电的优势和不足之处，提出了简要的解决策略，以达到提升光伏并网发电系统和配电网正常运行稳定性的目的，促进我国电力行业的健康发展。

参考文献：

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