大规模光伏发电对电力系统影响胡殿霞

大规模光伏发电对电力系统影响胡殿霞

胡殿霞

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司山西太原030001）

摘要：电能已经成为生产生活中一种不可或缺的能源类型，伴随其利用率的逐渐提升，传统的能源提供方式已经无法满足电能需求，可再生能源成为应用与开发的重点方向。太阳能光伏发电作为一种可再生资源，有效缓解对传统电能的需求。但由于大规模发电对整个电力系统会产生一定影响，需要全面分析，对其影响进行综述。

关键词：大规模光伏发电；电力系统；影响

导言

在时代发展的新形式下，人类面临着化石能源枯竭的现象，同时人类的生产生活活动也造成了环境的日趋恶化，在这样的情况下，对可再生能源的需求较大，其中，光伏发电作为一种新型的能源获取方式，逐渐引起了人们的重视，大规模光伏发电系统的应用，给人们的生活带来了极大的便利，提高了相应的经济效益，同时对电力系统造成了较为深远的影响。

1光伏发电并网系统的概述

光伏发电并网系统就是利用相应的光伏电池方阵产生电流，然后将所产生的电流送入变压器和逆变器，根据实际的电网需求，将电能输送到公共电网当中，其中不需要经过蓄电池对电能进行储能，在这样的情况下，电能不需要经过相应的储能和释放，能量的消耗程度就会在最大程度上降低，进一步提高了电能的利用率，其中光伏数组能够将太阳能转化成高压直流电，逆变器能够将这些电流转换为正常的正弦交流电，一般情况下，光伏发电并网具有以下几种优势：提高了电能的利用效率；光伏发电系统的收益较高，能够在一定程度上缓解用电紧张的局面，且清洁环保；光伏发电并网系统的占地面积较小；光伏发电系统与建筑物相互结合，也能够增加建筑物的整体美观性。

2大规模光伏发电系统的建模

2.1光伏电池和其阵列模型。这样的模型建立基于单二极管模型，其中是根据基尔霍夫原理来建立相应的光伏等效电路，同时对其中的理论计算公式进行简化，并且利用不同的光伏发电系统中的短路电流、开路电流、最大功率点电流和最大功率点电压等技术参数，来得出合适的模型表达式，以此来应用到相应的工程计算当中，一般情况下，其中的光伏阵列模型需要根据光伏电池模型和串并联关系组合得出，但是其中需要注意的问题是光伏阵列的光伏组件差异和遮挡等情况，会对P-V特性的多峰值和光伏阵列逆变器模型的建立造成一定的影响。

2.2并网换流器及内环控制模型。换流器对光伏发电系统单元的暂态并网特性有着直接的影响，目前比较常用的换流器控制方式主要是内外环结构的双环控制方式，一般情况下，换流器的外环控制主要是以电压输入为主，并且经过控制环节生成内环控制的电流参考值，来对换流器的并网方式和外特性进行确定；在换流器的内环控制当中，主要以电流的出入为主，同时以外环控制生成的电流参考值作为基准，在控制环节当中，通过相应的换流器，来实现电流进入公共电网。

2.3光伏发电的动态模型。在对光伏发电系统的动态模型进行建立的过程中，需要利用发电系统中各个组成部分的状态方程，来建立相应的方程组，并且将逆变器和MPPT的控制转化为相应的状态方程，这样两种状态方程相互结合，可以形成一个全新的方程组，以此来建立相应的光伏发电系统的动态模型。

2.4光伏发电系统的稳态模型。在光伏发电系统当中，由于逆变器的双环控制模式，可以实现以电压或者电流的方式来接入电网，在这样的情况下，在潮流计算当中可分别处理为有功输出、并网节点电压恒定的PV节点或入网电流恒定的PI节点；一般情况下，功率因数为1的光伏发电系统需要安装无功补偿装置，而节点的电压幅值与电容器等补偿装置的无功输出有着直接的关系，在进行潮流计算的过程中，如果需要对光伏发电系统的内部进行计算，就需要建立相应的潮流方程，在这种潮流方程当中，需要包含光伏阵列、逆变桥和变压器等稳态模型。

3大规模光伏发电对电力系统的影响

3.1对无功电压特性的影响。基于光伏发电系统的运行特点，一般情况下，规模较大的光伏发电系统需要在海拔较高，同时日照时间较为充足的沙漠或者戈壁滩等地区进行建立，另外，这个地区中的人口数量相对来说较少，对电力的需求量也会较小，在这样的情况下，电力的负荷水平较低；一般情况下，在光伏发电系统当中，不会存在较大的电网短路容量，这些由光伏发电系统所产生的电能都需要借助高压，来进行远距离电能输送，在这样的过程当中，会出现相应的随机波动，这些随机波动的有功出力会对电网的无功平衡性造成一定程度的影响，这样的影响也会导致输送电能的母线电压产生较大幅度的波动，对电网的整体平衡性产生较大的影响；另外，目前的大规模光伏发电系统自身的无功电压支撑水平有限，在这样的情况下，光伏发电系统会对电网系统中电压的质量造成一定程度的影响，在严重的情况下，可以造成电压幅值越限。

3.2对功角稳定性的影响。根据大规模光伏发电系统的运行特性可以知道，经过光伏发电系统所产生的电能是经过变压器和逆变器直接并入公共电网，在这样的情况下，这些电能具有随机波动和没有转动惯量的特性，会对电网原有通道的传输功率和潮流分布造成一定程度的影响，使电网系统的等效惯量相应的减小；另外，光伏发电系统的动态支撑技术与原有的发电机组不同，当大规模光伏发电系统并入电网系统的时候，电网的功角稳定性会出现相应的变化，这样的变化与光伏发电系统的规模、位置和控制技术有着一定的关系。光伏接入对电网功角稳定性可能有改善效果，也有可能会导致恶化。

3.3对电能质量的影响。电能质量是电网运行中十分重要的考核指标，在大规模光伏发电系统接入到电网系统中之后，相当于对原电网系统中的电源结构进行了相应的扩充；另外由于光伏发电系统的规模和数量存在着一定的差异，在这样的情况下，会对电网的网架结构产生一定的影响，使其出现相应的变化，这样的变化会使电网的潮流分布难以得到控制，相应的电网系统中的电压质量就会降低，影响了用户的用电体验，同时，由于目前电网系统中用户所使用的电子器件的数量正在不断的增多，电能的消耗程度正在不断的增加，给电力系统的运行造成了一定的负担。

3.4对配电系统保护装置的影响。在电网系统当中，为了保证电网系统的正常运行，需要相应的保护装置来对电网设备的安全稳定运行进行保护，在大规模光伏电源接入配电系统之后，配电系统的电网运行情况就会发生相应的变化，相应的配电系统的故障特征也会发生一定的变化，在这样的情况下，配电系统中保护装置的作用就不会得到充分的体现，比如在大规模光伏发电系统接入电网系统的时候，网架结构会转化为双电源或者多电源的拓扑结构，电网系统中的保护装置会发生误动或者拒动的情况，这样会对电网系统的运行产生一定的影响；另外，大规模光伏发电系统的接入也会使电网系统中变电站备用电源自投装置的正常应用产生相应的不良影响。

结束语

大规模光伏发电系统的建模与仿真分析进一步的为光伏介入对系统动态和稳态特性的影响分析奠定了基础。笔者根据自身工作经验和目前国内外研究资料，总结了大规模光伏发电对有功频率特性、功角稳定性的影响及对电能质量、配电系统保护等造成的影响。

参考文献

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