并网光伏发电系统对电网影响的研究晋春香

并网光伏发电系统对电网影响的研究晋春香

晋春香

中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北省443000

摘要：现如今，随着我国电力系统的飞速发展，国内的光伏发电作为太阳能的主要利用途径，能够有效缓解化石能源供给紧张的的现状。光伏发电系统并入常规电网，与之共同承担发供电任务，即形成并网光伏发电系统。相对于独立光伏发电，拥有诸多优点的并网光伏发电，受到了各国极力地推崇和大力地发展。因此，并网光伏发电系统也就成为全球绿色新能源领域的研究热点。但在光伏发电并网过程中采用了大量的电力电子技术，在送上能源的同时也带来了很多影响电网电能质量的因素。

关键词：并网；光伏发电系统；电网影响

引言

光伏技术的应用，使得太阳能转化为电能的理论得以实现。到目前为止，光伏发电并网已经成为了电能输送结构当中非常重要的组成部分，对整个输电网络运行的安全性和稳定性产生着极为重要的影响。所以，对当前存在的问题进行分析，有针对性地制定相关的对策，具有非常重要的意义。

1并网光伏发电系统主要结构

光伏发电系统分为独立运行与并网运行两种工作方式。并网光伏发电系统比较具有市场应用价值的形式，是当今世界光伏发电发展的主要趋势。并网光伏发电作为光伏发电的一般具有两种典型系统结构，即单级式并网光伏发电系统与两级式并网光伏发电系统。两者相比较而言，单级式光伏逆变器控制系统需要同时实现最大功率点跟踪与并网控制功能，因此对控制器的要求会比较高。另外，必须加装直流母线电压保护装置来确保系统并网的安全性。两级式并网光伏发电系统主要包括光伏阵列、变换器、逆变器、控制器、滤波电路等几部分。第一级在实现对光伏阵列的最大功率点跟踪的同时，将光伏阵列产生的直流电通过升压变换为受控直流电提供给后级的并网光伏逆变器。第二级的光伏并网逆变器将直流母线上的直流电逆变为交流电送给并网，同时完成直流母线电压的稳压功能。本文以两级式并网光伏发电系统为例分析光伏发电对电网电能质量的影响。太阳能光伏发电要实现安全、可靠、高效的并网运行必须依赖于有效地控制技术，主要分为三个主要方面：最大功率点跟踪、并网控制和孤岛效应检测与保护。

2并网光伏发电系统对电网的影响

2.1对电压的影响

光伏发电系统受光照的影响非常大，光照强时，发出的功率就大，反之则小。如白天光照条件好，发出的功率很大，而晚上由于没有光照，发出的功率接近零。另外，气候等因素也造成了光伏出力的不稳定性。以上这些因素，均会导致光伏发电的不稳定性及随机性，从而影响电压的稳定性和电网系统的潮流性。传统的配电网主要呈现辐射状，正常情况下，电压沿着馈线潮流方向逐渐降低；而光伏并网后，将导致馈线上的传输功率减少，使得馈线各负荷点处的电压被抬高，但由于光伏发电系统功率因数接近1，发出的几乎全为有功，无功主要依赖于电网，因而又造成主网某些节点电压降低。另外，光伏并网发电还会造成电压的波动及闪变。

2.2对继电保护的影响

光伏并网以后，将改变原有网络的结构，由于自身的特性，当外部电网发生故障时，对保护的影响有别于传统发电机，从而给电网保护带来新的挑战。传统的配电网的保护装置主要针对电网单侧电源供电的特性，因而不具有方向性，但光伏并网以后，局部电路将呈现双侧电源供电的现象。从电网发展来看，当前的继电保护体系将长期维持，短期内不会有太大改变，大量光伏发电系统并网接入并不会改变这一状态。若并网光伏系统不能与已存在继电保护很好地配合，就会导致继电保护装置的不动作或误动作，使保护装置失去了原有的作用，从而给电网带来故障。例如，对于电流保护，当并网光伏接在保护上游，保护下游短路时，线路中短路电流增大，保护灵敏度增大、保护范围延伸，可能会导致保护失去选择性；当并网光伏接在保护与短路点之间时，可能会导致保护拒动；若想尽量减小对保护产生的影响，可以将并网光伏接在保护及短路点下游。

2.3对电网安全防护的影响

随着网络安全法的实施，对电网安全防护提出了更高的要求。根据目前开展的安防专项检查来看，并网光伏在安全防护方面还存在着许多的问题，未充分落实“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则。例如，个别并网光伏电厂向区外或第三方部门发送运行数据而未经过电力专用横向安全隔离装置；部分并网光伏厂站使用防火墙来代替纵向加密认证装置；存在未按要求部署安全隔离、访问控制、身份认证等安全措施；并网光伏厂站存在违规外联现象等。并网光伏电厂网络安全威胁可能会蔓延至整个电网，为了进一步提升电网电力监控系统的防护能力，确保电网安全可靠运行，要督促相关并网企业做好整改，必要时限电整改；强化网络安全事件的检测、告警和快速处置机制；提升调控网络空间的整体防护能力。

2.4对电网规划的影响

目前，骨干电网仍未全境贯通，电网整体结构薄弱，而近几年光伏并网发电系统规模呈现爆炸式的增长，光伏装机容量已占全区装机总量的27%，这一比例仍将继续上升。现有的电网已无法消纳新增发电量，同时电网的输送能力也无法满足需求。为了保证电网的安全，目前并网光伏电站多采取限电方式，受限比例最高达80%，“弃光率”严重。为了进一步提高光伏发电效率，光伏电站的建设应纳入全局规划中去，在光伏前期工作中应有电网人员参与，务必做好电网的同步规划、同步建设。另外，可以借鉴一些发达国家的经验，制定出更适合本地区的电网规划，让光伏发电水平再上一个台阶。

3未来光伏发电技术的研究方向

3.1储能技术

光伏发电系统运行中需要逆变器与储能设备的配合，储能器可以吸收能量，也可以释放能量，这样可以进行频率的调节。未来在研究的过程中需要重点对储能技术进行研发，创新储能设备。

3.2谐波抑制

光伏发电过程中会出现谐波，尤其是在低功率运行时，这样会影响到发电的效率，因此需要对谐波进行抑制。谐波抑制手段包括群控和补偿两种。群控顾名思义就是对多个设备进行控制，具体而言就是对逆变器进行控制，控制时采用并联的方式，这样可以提高电流通过的容量。相对于传统的技术群控技术通过控制可以保证1台逆变器处于工作状态，提升功率，对于谐波会产生一定的抑制作用。补偿指的是逆变器中加入滤波器，通过滤波器对谐波进行削弱。

3.3新型逆变器

现有的逆变器不具有自动调整的功能，电流电压变化比较显著，无法满足光伏发电接入电网的需求，因此未来的发展中需要加快新型逆变器的研发。新型逆变器需要具有自动调整的功能，合理的控制电流和电压。在进行逆变器研发创新时需要具体的算法和协调机制，通过对这些情况研究能够提升新型逆变器的性能，为光伏发电提供支持。

结语

综上所述，并网光伏发电系统对于电网具有一定的影响，这些影响体现在很多方面。光伏发电是当今社会重要的发电形式，因此需要加快光伏发电技术的研发，储能技术、谐波抑制、新型逆变器这些都是未来研究工作的重点，这些技术的研发能够提升光伏发电的效率。光伏发电系统在并入电网时可以通过以下的途径：深入研究作用机理、构建系统验证环境、研发控制设备以及建设微电网技术配套，这样可以实现两者的协调发展。

参考文献：

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[2]李乃永，于振，曲恒志.并网光伏电站特性及对电网影响的研究[J].电网与清洁能源，2017，29（09）：92-98.

[3]陈炜，艾欣，吴涛，刘辉.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备，2018，33（02）：26-32+39.