大规模光伏发电对电力系统影响综述胡萍萍

大规模光伏发电对电力系统影响综述胡萍萍

胡萍萍

国网山东省电力公司夏津县供电公司山东德州253200

摘要：电能是我国的主要能源来源，对我国国民经济起重要的作用。随着人们对能需求的增多，发电形式也在不断增多，水力发电、风力发电、核电站、沼气、潮汐能等为电能来源提供了更多的方式，光伏发电是近年来新兴的发电方式，光伏发电的出现和推广，给人们的生产、学习、工作带来了诸多便利，缓解了资源紧张、能源匮乏、环境污染等问题。鉴于此，本文就大规模光伏发电对电力系统影响展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：光伏发电；电力系统；影响探究

1、原理及优势

大规模光伏发电就是把太阳能发电系统产生的直流电转变成符合实际供电需求的交流电的过程，这种转换通过并网逆变器完成，光伏并网发电系统包括两种形式，集中式大型并网电站和分散式小型并网发电系统，前者电能在发电站内就能完成转化，可以直接进行用户配电，适于大型的国家级电站，后者广泛运用于居民建筑，适于光伏建筑一体化。光伏发电并网系统不需要能量的存储和释放过程，减少了能源的损耗，提高了电能的运用效率。大规模光伏发电运用的是太阳能，具有下列优点：大规模光伏发电使电能的运用效率提高，电能损耗降低；太阳能是清洁能源，和其他发电形式相比减少了环境污染；光伏发电并网的收益率较高，电能的提供量较多，保证了人们对能的需求；光伏发电系统和建筑物的有效结合，为建筑物增添了色彩，使建筑物更完美，更具特色。

2、大规模光伏发电对电力系统的影响

2.1、影响有功频率的特性

大范围的光伏发电的特点就是它具有随机波动性、低电压时无功动态特性、四象限控制能力和脱网现象，这些特点也是倒是电力系统的稳定性得到改变的原因，会影响到系统的正常运行。特别是光伏发电的随机波动性，如果它波动的幅度过大、频率比较快，就会影响到大范围光伏发电系统的平衡性，对于系统的其他性能也会造成一定的影响。另外，可能会出现频率和质量超过限定的数据的问题；接入光伏系统之后，采用优化的策略，除此之外还需要及时的对常用的机组等一些设备的电源频率进行合适的调整，光伏电源的实质是没有旋转的静止的原件，如果接入的光伏的规模太大可能会影响系统的等效构建所具有的动能，但是也可能会导致系统的功率缺少的更加严重，频率迅速变化的风险也会加大，这样会不利于系统的正常运行。

2.2、影响功角稳定性

对于光伏电源的本质是静止不动的元件，它其实是不参与攻角的振荡过程的，所以攻角是不稳定的，但是它受大范围的光伏发电特点的影响，特别是随机波动的特点，再大范围的使用光伏发电会改变电网本身的潮流分布情况和传输的功率，如果把光伏的动态支撑的特点和平常的特别相比较可以发现它还存在着很多的问题，所以光伏被接入之后电网攻角的稳定性能会被改变，具体改变了多少还有取决于电网的结构和对光伏电源的控制技术的水平，但是，也不排除会发生电网接入之后攻角的稳定性反而变得更好的情况，当然，也可能会变得更坏，想要确定它的稳定性是变好了还是变坏了就要使用模仿当时的场景进行分析。

2.3、对配电系统保护的影响

光伏电网并入电网中会一定程度上影响到配电网故障，继电保护和自动装置会出现一定的改变。首先，并网后形成多电源，结构复杂性大，导致故障电流各个方面受到影响；其次，就变压器连接方式而言，逆变器在出现接地回路后将直接影响到电压和电流，进而影响到继电保护动作特性；再次，能够一定程度上保护相对较为敏感的并网光伏变换器；最后，PV系统反弧岛保护功能时间无法与自动重合闸装置进行有效配合，出现非同期合闸情况。为了实现对这一现象的有效预防，接入逆变器线路，反弧岛保护最大动作时间需要超过三相一次合闸启动时间。高密度光伏发电系统包含有多条低压配电线路，这些线路接入相同主线完成发电功能，当光照发生变化时，光伏发电功率会相应的发生变化，分配到配电网电压出现波动。尤其与光伏发电系统相同主线馈电线路有短路等情况出现时，上下级熔断器之间很难形成有效配合，最终导致部分支路短路功率过大。

2.4、影响小扰动稳定性

虽然机械与电磁量不平衡的动力学稳定问题是光伏电池本身不存在的，但是电气不稳定运行是光伏电池普遍存在的问题之一，因此电网的稳定性也会受到并网后大规模光伏的影响。李娟主要是对注入特定光伏功率问题进行了具体的研究，其对理论上不稳定的一个运行点利用小扰动法具体的分析，在具体的分析中发现在与最大功率运行点的高出力水平接近的地方更容易出现不稳定的现象。李石头等人对光伏电气不稳定运行机理从动态等效阻抗适配方面进行研究，其认为只有光伏电站的直流侧电容可以吸收故障期间不平衡的功率，而且由于电容具有较小的储能作用，所以直流侧电压上升的现象是由功率的不平衡性直接造成的，从而影响电源的正常运行。丁明等人在研究过程中通过对小信号数学模型的建立，其中光伏电池和逆变器等都是该模型所包括的内容，对小干扰对系统稳定性的影响通过特征值法进行了分析，将光照扰动后的稳定性用仿真模型进行了验证。

3、大规模光伏发电系统的模型建立

3.1、光伏电池及阵列的模型

该模型在建立过程中以单二极管为基础，依据基尔霍夫定律，对光伏等效电路进行建立，并通过对所有相关理论进行简化，最终确保计算过程的准确性。与此同时，光伏发电系统可以对开路电流、电压、短路电流等参数进行合理利用，以此来获得模型建立的最佳表达式，随后将各种表达式应用到工程计算当中。一般来说，要想建立出光伏阵列模型，需要以串联关系组合为依据，只有这样，人们才能得到最终想要的模型。但在实际工作中，人们需要对光伏列阵中的光伏组件差异性提高重视程度，如果遮挡问题出现，将会对P-V特性的多峰值造成严重影响，也会对模型建立工作极为不利。

3.2、并网换流器与内环控制模型

在光伏发电系统中，换流器会对单元暂态并网特征产生一定影响。在实际工作过程中，换流器控制方式有很多，主要的控制方式是内外环结构双环控制。一般来说，在内外环控制过程中，主要的控制手段为电压输入，而在控制生成时，电流的参考值也得到了控制，此时便可以对换流器的并网方式进行确定。另外，换流器的内环控制主要以电流出入为主。同时，工作人员还要将外环控制中所出现的电流数值当作参考基准。在各个环节控制工作中，都需要对换流器进行合理使用，从而确保电流顺利进入公共电网之中。

结束语

当前能源匮乏现象非常严重，可再生能源的开发利用得到了全人类的广泛关注，太阳能属于一种主要的可再生能源，大规模电网并网会给电力系统带来非常多的影响，主要集中在电压稳定性、功角稳定性、供电质量、配电系统保护等方面，但同样的，大规模光伏发电有着非常广阔的发展前景。

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