大型并网光伏电站对电网的影响分析翟星亮

大型并网光伏电站对电网的影响分析翟星亮

翟星亮

（国网山西省电力公司忻州供电公司山西省忻州市034000）

摘要：能源是社会发展进步的重要物质基础，对人类的生存发展起着决定性作用。由于常规能源如石油、煤矿及天然气等的储量有限，燃烧产生的大量二氧化碳、硫氧化物等对环境造成很大破坏。全球能源一旦枯竭，必然引发新一轮的经济危机，加剧国与国之间的矛盾冲突。虽然核能源不存在有害气体，但目前对于核能的利用技术还不成熟，对核泄漏和核废料的处理手段欠缺。伴随着我国的社会主义市场经济的不断发展，其对能源的需求以及生态环境保护意识的增强，光伏发电作为一种可再生能源，拥有独特的优势，其应用前景广阔，开展光伏发电应用推广具有巨大的经济价值和现实意义。

关键词：光伏发电；并网；概述；影响

1.并网光伏发电系统概述

1.1光伏发电系统的定义

并网光伏系统是一种分布式发电方式，工作时先将太阳能电池组件产生的直流电转换成满足电网要求的直流电，然后并入公共电网。并网光伏系统的核心部件是并网逆变器，包含了电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪、抗孤岛等，是集检测、控制、并网和保护为一体的装置。

1.2光伏发电系统的电路分析

光伏发电系统，其电路接线系统采用的是三相桥接法，其电路系统采用的是电压型逆变拓扑结构，此具体的原理是电流在运行时，三相桥接电路中其相位差为120°，而其产生的频率以及三相桥臂的幅值相等。那么光伏发电的时候，要实现其并行运行，那么就需要在整个光伏发电系统中确保逆变电压的产生是根据电感电流与电网相连，因此，在电路中光伏阵列的功率决定了电流的大小，而其电网电压的频率和相位与逆变输出的频率和相位保持一致。

1.3光伏发电并网系统可逆变流技术使用分析

在光伏并网发电系统中，采用的可逆变流技术主要的控制器是逆变器，对电网中的单位功率因数的正弦波进行控制，以此来实现绿色的并网技术。太阳能光伏并网发电系统主要由三部分组成，分别是光伏阵列、电网、并网逆变装置等组成，对于光伏并网系统的可靠性要从增加故障的冗余能力着手，通过采用多组并网的方式来进行发电。如果在发电过程中需要增加供电的能力，一般来说超过20kW则要使用并联的方式来进行供电。

2.大型并网光伏电站的发电特性

2.1光伏发电具有间歇性、随机性的特点，这些规律难以预测，因此光伏发电还无法参与电力平衡的计划，光伏发电只能依据《可再生能源法》，并网后有电网公司收购，不能单独运行。

2.2光伏发电需要太阳辐射能作支持，因此只能在白天发电，夜晚不能发电，并且雨雪天的发电率较低。光伏发电的能力随太阳辐射的增强而增强，中午时发电能力达到最大。

2.3光伏发电站工作时，需要调整电网中其他电源的出力，提供一定的负荷保证光伏发电供电。当光伏发电收天气等因素影响时，又需要其他电源提供补偿，从而保证光伏发电的稳定性和可靠性。

2.4光伏发电的功率受天气因素的影响很大，通常比电网正常的负荷变化快，如当天空中有云层遮挡阳光时，光伏发电站的发电量会迅速减少70%。

2.5光伏发电所需旋转备用大。由于光伏发电的特殊性，其可调容量不能随临时起停机完成，所以要处于旋转备用状态，大型光伏发电装机容量大，因此旋转备用也较大[1]。

2.6光伏发电传输距离远。由于太阳能发电需要大规模的集中开发，我国对于太阳能发电的开发多集中在西北、华北等日照资源丰富的戈壁荒漠地区，而且由于该地区地广人稀，对发电量的消耗较小，因此光伏发电需要经过长距离传输至需要的地区。

3.并网光伏电站对电网的影响研究

3.1对系统潮流与电压的影响

3.1.1光伏发电站并网时会对系统潮流产生一定的影响，根据数据统计显示，并网后各馈线节点电压都会有一定的提升。传统电网采用辐射状的传输模式，因此电压会随着潮流方向逐渐降低。但是由于光伏电站采用的是单位功率因数的控制模式，会对电网有功和无功潮流会造成不同的影响，因此这种情况下也无法通过对原有电网的电压调节进行功率补偿。往往会造成配网负荷侧电网馈线的有功功率减少、电压增高，导致电网系统的不稳定。

3.1.2并网光伏电站对电网电压的波动影响较大。传统电网中功率传输时间和线路位置会对电压波动产生影响，光伏电站接入后不但会扩大这些影响，而且会带来更多的不稳定因素。例如，受日照时间和气候的影响，光伏发电站的实际输出功率在不断变化中，而且容易产生较大的间歇性峰谷波动，随着并网光伏电站规模和数量的增加，影响会越来越大；为维持光伏发电站的稳定，需要对电网内的其他电源的处理进行调解，增加了电网调峰的压力[2]。

3.2对短路电流和继电保护的影响

当光伏电站并网后，配电网系统由原来的辐射性网络转变为遍布电源和负荷分布的复杂网络。因此无论配网在光伏电站接入点上游还是下游发生故障，远离系统电源侧的母线由于光伏电源的支撑不会降为零。当光伏电站接入点上游配网线路故障时，此时故障线路的故障电流只由系统电源提供，因此光伏电站的接入不会对故障电流产生影响，从而不会影响该线路保护的正常动作。但当相邻馈线发生故障时，由于目前绝大多数配网线路保护都不带方向元件，光伏电站供出的反向电流有可能导致健全线路的误动作[3]。当光伏电站接入点下游配网线路故障时，接入点上游配电线路由于光伏电站等效阻抗的影响，线路的故障电流较接入前要小，因此会降低线路保护的灵敏度，增大了过流保护的动作延时，不利于故障的快速切除，原有保护的级差配合失效，随着故障点和光伏电站接入位置、接入容量的变化，甚至可能导致保护失去灵敏性，保护无法启动。接入点下游配电线路由于光伏电站的助增作用，故障电流会变大，故障电流的增大会提高保护的灵敏性，但是有可能扩大了保护的保护范围，从而使保护失去选择性。另外，光伏电站的接入增大了配电网的短路电流水平，配电网故障时短路瞬间会有光伏电站电流注入电网导致断路器的开断能力不足而不能有效切除故障，使故障扩大危及整个系统的安全运行，提高了线路的热动稳定要求等。

4.结束语

光伏发电处于起步阶段，尽管光伏发电应用发展的道路会有一些曲折，但是其总的前景还是非常乐观的。随着经济与技术的进一步发展，光伏发电在不远的将来必将走向千家万户。

参考文献：

[1]谢明达，廖华，李景天，马逊，杨康，许海园，马铭，赵冬阳.1MW屋顶并网光伏系统实践[J].云南师范大学学报（自然科学版），2015（2）：22-26.

[2]2013-2018年中国光伏发电产业全景调研及未来发展前景预测报告[R].中国产业信息网.2014.

[3]张明光，陈晓婧.光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略[J].电力系统保护与控制，2014（11）：28-33.