大规模光伏发电对电力系统影响综述郭峰

大规模光伏发电对电力系统影响综述郭峰

郭峰

中电投电力工程有限公司上海200233

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：光伏发电；电网运行

1前言

光伏发电行业，近几年来发展速度迅猛，根据国家能源局对光伏行业的统计，2016年我国光伏发电新增容量为3454万kW，累计装机容量达到7742万kW，新增和累计装机容量远超其他各国，跃居世界第一，其中2016年全年光伏发电量为662亿kWh，达到全年总发电量的1%。随着光伏发电在电力系统中装机容量所占比例越来越大，它对电力系统规划、调度、控制的影响也引起人们极大关注。光伏发电呈现“规模化分散开发、低压接入、就地消纳”以及“大规模集中开发、中高压接入、高压远距离外送消纳”两种方式并存格局，对电力系统的影响无论从深度还是广度而言都将是深远巨大的。

2光伏发电简介

光伏发电是指通过半导体界面的“光生伏特效应”将光能转换为电能的一种发电技术。光伏发电系统的实现需要太阳能电池、控制器和逆变器的配合使用，将多个太阳能电池板（组件）按照不同的排列形式（进行串联、并联）组成太阳能电池方阵，在接收太阳能之后电压逐渐升高，达到系统输入的标准之后就会经过光伏组件将其转化成为直流电，经过直流配电箱汇流到逆变器，将直流电转换为交流电之后再经过交流配电箱提供给电网或者相关负载。

3光伏发电对电网运行的影响

3.1“孤岛效应”问题

从电网运行角度考虑，分布式电源对电网最直接的影响就是“孤岛效应”。所谓“孤岛效应”是指在发电装置接入公共电网之后，如果电网因为某种故障发生断电，这时候此发电装置将成为一个孤立的电源向周围电网进行供电的现象。“孤岛效应”最大的危害有两个：危害电力设备和用电设备，当电网由于故障停止供电，若逆变器仍继续给周边电网供电，一旦电网恢复供电，电网的电压和光伏逆变器的输出电压可能会在相位上存在较大差异，一瞬间将产生很大的冲击电流，损坏电网设备，严重的话会造成附近电力客户的电器设备损坏或者电网保护装置误动引发停电事故；对运检修人员的人身造成伤害，当电网由于故障停止供电，若逆变器仍继续给周边电网供电，这时若电网检修人员继续进行电力线路和设备检修，会造成检修人员人身伤亡的严重事故。

3.2对电网运行控制的影响

因为光伏发电主要是利用太阳光，所以其会受到天气方面的影响而存在着很大的不确定性，这就使得电网在短期内对于负荷预测的准确性有所下降，同时也增加了传统模式下发电以及配电运行计划的困难，增加了对断面交换功率的控制。在光伏发电系统并入到电网后，就会造成电网中电源点数量的增加，并且这些电源点分布是没有任何规律的，电源点的单点规模也非常小，这些问题都对电源的控制增加了难度，也给电网的运行控制增加了难度。

3.3对功角稳定性的影响

大规模光伏发电并入电网的电能具有随机波动的特点，并且不存在转动惯量，会造成电网原有电能传输通道的传输功率和潮流分布受到一定的影响，使得电力系统的等效惯量随之减小。同时在电能穿越过程中，光伏发电与常规发电机组的动态支撑技术也不尽相同，所以对于规模较大的光伏电站并入系统后，电网的功角稳定性会随着光伏发电站的规模、位置、电源控制技术、电网拓扑结构不同而产生一定的变化，这种变化有很大的不确定性，对电网功角稳定性有可能是正面的也有可能是负面的影响，从而降低电网的功角稳定性。

3.4对系统无功电压特性的影响

光伏发电由于受日照时间和光照强度的影响较大，站址通常选择在海拔较高、日照时间长的荒地、戈壁、沙漠等地区，但是这些地方往往存在人口数量少、负荷水平较低、电力的需求较低等问题，因此光伏发电大部分电能都是通过高压远距离输电输送到负荷中心。这样就会使有功出力随机波动影响电网的无功平衡特性，造成输送线路母线的沿线电压大幅度波动。此外，由于当前并入电网的大规模的光伏电源自身的无功电压支撑水平有限，使得电网的电压质量越限甚至失稳的风险进一步增大。

3.5对电能质量的影响

在光伏发电系统中逆变器是最为基本也是最为重要的设备之一，逆变器可以将直流电逆变成交流电输出。但是电力电子器件的大量使用，会对电力系统造成污染，影响供电的电能质量。逆变器开关速度变化会产生很多高次谐波，导致电源主输出失真，这些谐波流入到电网当中就会造成很多不良的后果，包括：降低电能生产、输送以及利用过程的效率，造成相应电气设备发热并且产生振动噪声，加速了电气设备的老化缩短其使用寿命，严重的情况会发生相应的故障或者是设备烧毁。

4解决策略

4.1“孤岛”检测问题

电力公司要求接入电网的光伏发电站必须配备防“孤岛”检测装置来防止对人身和设备的伤害，而逆变器的“孤岛”检测就是需要解决的一个核心问题。常用检测“孤岛”的方法主要有主动式检测法、被动式检测法和通讯式检测法。

4.2电网运行控制

对于之前的配电系统来说，其调度以及监控等都是由电力机构统一进行管理的，原有的配电网结构属于无源的放射式，所以在开关操作方面、信息采集方面以及能源调度方面都相对比较简单。但是在光伏发电系统并入之后此过程就变得非常的复杂，要想有效控制电网的运行需要对光伏电站的发电情况进行远程监控，对于分布式光伏发电信息以及对象进行远程的监视，这样能够确保充分掌握并控制分布式电源的投入、退出以及功率的流动。

4.3建立健全光伏的相关标准以及规范

在正式进行之前，电网首先要对光伏发电系统相关的技术参数、基本控制性能和电网能够承受的扰动能力的相关标准进行充分的研究分析，制定出光伏的相关技术标准（主要包括接入电压等级、光伏发电的规模、无功配置以及电能质量等等），同时也要对大规模接入光伏发电系统所需要具备的条件等相关技术标准以及规范进行研究。

4.4合理开发利用光伏资源

近几年国家大力倡导发展光伏发电产业，积极推广“光伏扶贫”工程。光伏扶贫清洁环保、技术可靠、受益稳定，既发展了新能源，又实现了脱贫增收，为贫困地区脱贫攻坚培育了新产业，为壮大贫困村集体经济开辟了新路径，为解决贫困群众稳定脱贫提供了新手段。但是新能源项目的选址与电网发展的衔接不够，无序开发问题严重，电力公司要提前介入、提前规划，理顺光伏发电管理流程，深入贯彻国家光伏政策，实现政府、贫困户和电网发展共嬴，合理利用土地、厂房或仓库屋顶、水库、湖泊等现有条件开发太阳能资源，为光伏行业的发展铺路护航。

5结束语

本文对当前光伏发电的形势和前景进行了分析，从“孤岛效应”、运行控制、功角稳定性、无功电压特性和电能质量方面简要分析了对电网运行的影响，结合电网运行分析和控制的经验对部分问题解决策略提出了自己看法和建议。

参考文献

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