大规模光伏发电对电力系统影响李想

大规模光伏发电对电力系统影响李想

李想

国核电力规划设计研究院有限公司100095

摘要：能源问题是制约我国经济发展的关键问题，当前，电力系统中已经开始应用光伏发电模式，旨在通过利用太阳能资源，解决电能资源短缺这一短板。本文在阐述了光伏发电的基本内容后，进一步分析了大规模光伏发电对电力系统的影响，以期对电力企业优化电网系统有所助益。

关键词：大规模；光伏发电；电力系统；影响

电能是一种主要的能源类型，不论是生产生活，还是经济发展，都离不开这一能源的辅助作用。近年来，随着人们电能需求的不断增加，电力企业也在积极创新发电形式，如现有的发电形式有水力发电、核电站、潮汐能以及风力发电等，光伏发电是在这几种发电形式产生以后出现的，并且因其多项优势，受到了电力企业的青睐，正在逐渐加大应用范围。

一、概述

大规模光伏发电的发电过程实则是将直流电转换为交流电，只需利用并网逆变器便可以完成这一转换工作。光伏并网系统根据发电规模，可以分为两种形式，一是大型并网电站，二是小型并网系统，大型并网电站的电能转化仅需在发电站内完成即可，可以直接用于用户配电，比较适合国家级电站，而小型并网系统多应用在居民建筑领域。较之利用煤炭资源发电的系统，光伏发电系统无需能量存储以及释放过程，所以该类发电模式具有以下优势：第一，光伏发电系统的能量来源是太阳能，在产生电能的过程中，资源消耗较低，相对而言，电能运用效率就很高；第二，在能源分类中，太阳能与水能、潮汐能都是清洁能源的一种，具有环境污染小的显著特征；第三，光伏发电具有较高的收益率，也即该种系统可以提供的电能较多，能够有效满足人们日益增长的电能需求；第四，光伏发电系统可以实现与建筑的一体化，这种不同系统的完美融合，既能给用户提供优质的电能服务，亦能为建筑物锦上添花，使其内部构造更加完美，更趋向于现代审美要求；第四，该系统并不需要较多的占地面积，所以能够有效化解我国人地紧张的矛盾；第五，在应用该并网系统后，可以有效节约原先储备的蓄电池储能[1]；第六，从发电效率角度来讲，光伏阵列若能以最大功率运行，发电效率方面也有其他发电方式难以比拟的优势。

二、影响

（一）电能质量角度

电能质量的高低与否，既关乎到电力系统的运行管理质量，也关乎到电力企业竞争力的强弱。光伏发电系统在实现并网模式后，原有的系统容量得到了较大的扩充，但由于后续接入的发电机组在数量与规模方面与原先的发电机组存在区别，这种区别使得系统的整体框架结构有所改变，增大了电网控制难度，电力企业难以用现有管理系统实现对电网的全面、系统管理，使得配网电压质量在长久一段时间内无法提升，大幅度影响了用户群体的用电效果。而在电网中引入光伏发电系统后，电力系统的固有运行模式会受到电力电子的影响而发生一些变化，电能质量可能会因为这项原因而降低，加之在这种系统下逆变器开关会出现反应迟缓的问题，将会进一步降低输出准确性，产生所谓的谐波，例如当某地太阳光出现较为迅速的变化时，此时谐波波动范围就会随着太阳光的变化而变大，若是变化剧烈时，还会出现波动叠加现象。根据一些文献资料的分析，若是仅有一台逆变器在运行时，产生的电流谐波很小，而若是有多台逆变器同时工作，电流谐波则会超标，之所有这种现象，主要是因为逆变器在被并联后，该并联系统中就会存在阻抗耦合效应，该效应会影响并网系统的控制回路，使其稳定裕度与带宽有所减少，导致谐波震动不再具有稳定性，加之光伏系统中存在的滤波电容还会引起谐振动，会进一步放大谐波。另外，处于数字化时代，电器的数量与种类在不断增多，每类电器的功率也在逐渐增大，人们对电能的依赖性愈加强烈，消耗电能的时间在持续增加，使其电力系统只能“超载”运行，运行负担较重。

（二）无功电压角度

依据光伏发电系统在发电时的特性，需要在建立发电系统时选择合适的区域，如兼具日照充足且海拔高的沙漠或是戈壁滩就是良好的选择[2]，因为与其他地区相比较，这些地区的人口密度并不大，电能需求量也较小，电力系统不需要负担过重的运行压力，电网短路容量也就很小。加之光伏发电系统中的电能输送使用的是远距离高压输送的方式，在此输送方式中，不可避免的会产生随机波动，会冲击电网的无功平衡，影响电网的整体平衡效果。此外，光伏发电系统中产生的无功电压支撑能力不强，电压的稳定得不到可靠保证，电网系统的网架结构会随之发生变化，导致电压质量降低。

（三）有功频率角度

如前文所述，光伏发电系统在运行的过程中会产生随机波动，且这种随机波动还比较频繁，低电压传输会因为这些随机波动产生有功或是无功状态，所以为了电流的畅通传输，减少对设备的损害，就必然要调整电网负荷能力，这将会进一步增大维持有功平衡的难度。另外，基于电力系统往往有备用系统，若是在电力系统中应用光伏系统，就必须采取措施调整原有的运行系统，在短期内，想要实现电力的稳定传输，一些常规电源会面临淘汰的局面，一旦有突发电力事故，电网整体应对能力就会下降，进而影响到运行情况。并且在加大了光伏发电系统的应用范围后，等效转动惯量会变小，随着而来的便是应对功率减小的问题，这也会给有功频率造成一定程度上的影响。

（四）功角稳定角度

对于光伏发电系统而言，光伏电源并不会产生功角振荡，电能会直接从变压器以及逆变器进入到公共电网，所以在此发电系统中的电能虽有随机波动特性，但是却没有转动惯量，反而传输功率会受到影响，会改变已有的潮流分布模式，最终影响功角稳定性。在电力系统中功角稳定性的影响因素有并网规模、电源控制技术、地理位置以及拓扑结构等，所以在电网中接入光伏发电系统，对于功角稳定性而言有两面性，即可以会让其更为稳定，也可能会让其稳定性下降。

（五）配电系统角度

配电系统是电网系统的重要组成部分，需要确保其安全、可靠性，但在电网系统中接入光伏发电系统后，配电系统受到了影响，使得原有的故障特征与运行方式都发生了变化，以往设置的保护装置作用能以发挥出来，例如在光伏发电系统的参与下，配电系统内部的网架结构要实现从单电源到多电源的转变，若是此时发生故障，电流的方向和大小都与以往的故障情况下电流的方向与大小有差别，保护装置会因此而拒动保护，影响电网的稳定运行。除却这部分影响，在光伏发电系统中，变压器的连接方式也不同与以往，同样会让继电保护特性发生改变。

（六）小扰动角度

大规模光伏发电使用太阳能发电，虽然有效避免了电磁量稳定性的问题以及失衡现象，但是却存在小扰动问题，这种问题使得电网的系统功能难以得到全面实现，影响了电力系统的稳定性。具体来讲，这种不稳定主要存在于运行点中，一旦有一个运行点因为高出力而不太稳定，面对故障现象，不平衡功率的吸收就需要由电容承担，直流侧电压会随之急剧上升[3]，不容易调试到原先的状态，所以要避免电力系统受到小干扰，例如光照扰动现象等。

三、结束语

大规模光伏发电在我国电力系统中的应用，不仅让我国电力资源的发展有了更为广阔的空间，还能帮助人们树立环境保护意识，既是绿色、可持续发展战略的体现，亦是社会发展的要求，对此，需要进一步加强对该系统的研究，使其能够将应有的作用发挥出来，解决我国能源短缺问题，为我国经济的发展注入更多的动力与活力。

参考文献

[1]徐晓霞,彭端丹.关于大规模光伏发电对电力系统影响探讨[J].科技风，2018(27):191.

[2]吴恺琳.大规模光伏发电对电力系统影响[J].科技风，2018(16):160-161.

[3]晁颖.考虑光伏发电出力不确定性的配电网风险评估[D].北京交通大学，2018.