浅谈光伏发电对电力系统的影响

浅谈光伏发电对电力系统的影响

任萱

国网湖南省电力有限公司长沙供电分公司

湖南 长沙 410002

摘要：随着社会经济的发展，能源日益稀缺，对环境保护提出了新的要求。随着新能源的广泛应用，对电力企业的系统规划、设计、电力调度和系统控制都产生了一定的影响。本文作者分析了光伏发电对电力系统的影响。

关键词：光伏发电；电力系统；影响

0、引言

  在社会大生产的脚步不断迈进的同时，能源短缺的现状逐渐显露了出来。现代经济的发展和人们日常生活的需求，使得对电力资源的需求越来越大，我国资源供不应求的状况引起了人们对能源保护以及能源再生等方面的高度关注和重视。并且，作为可再生能源及清洁能源的光伏发电来说，安全可靠、绿色环保，具有很好的适应性和灵活性。然而，由于光伏发电具备一定的特性，这种特性使得将光伏发电并入到电力系统中会产生一些问题。本文作者围绕大规模的光伏发电对整体电力系统产生的影响进行分析，旨在对我国当前光伏发电的技术和手段具有一定程度的推动作用。

1、光伏发电简述 1.1光伏发电和分布式光伏发电         光伏发电是指利用太阳能光伏电池将太阳辐射能直接转化为发电方式。光伏发电是当今太阳能发电的主流。因此，人们通常说的太阳能发电主要是光伏发电。分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网、并以配电系统平衡调整光伏发电设施为特点的。分布式光伏发电遵循适应当地环境、清洁高效的原则，充分利用当地太阳能资源来替代和减少化石能源消耗。 1.2光伏发电系统组成         光伏发电系统由光伏方阵(光伏方阵由光伏组件组成)、控制器、电池组、逆变器等部分组成。光伏发电系统的核心部件是光伏组件，它是一系列并联和封装的光伏电池。它将太阳能直接转化为电能。光伏组件产生的电能是直流电，也可以用逆变器将其转换成为交流电。从另一个角度来看，光伏发电系统产生的电能可以即发即用，也可以储存在电池等存储设备中，这些设备可以在需要的时候随时释放。

2、光伏发电并网系统模型的建立 2.1光伏阵列模型的建立         光伏阵列模型的建立主要应用单二极管模型，根据基尔霍夫原理来建立光伏等效电路，并简化计算公式，应用多个光伏发电的开路电流、短路电流、最大功率的电压与电流等参数，计算出模型表达式，并将其应用到工程计算中。通常来讲，光伏阵列需要由不同的光伏电池并联或串联组成，但是，光伏阵列中的光伏电池组存在差异，就会对对P-V特性与光伏阵列逆变器的建立造成影响。 2.2并网换流器与内环控制模型的建立         换流器的状态会对光伏发电系统的并网特性产生一定的影响，常用的换流器的控制分为内外环控制与双环控制，其中外环控制以电压输入为主，通过控制环节产生内环控制的电流，用于确定换流器的并网方式。内环控制则以电流输入为主，以外环控制的电流为基准，控制时通过换流器实现电流的输入。

3、光伏发电对电力系统的影响

3.1对电力系统无功电压特性的影响

对于光伏发电，往往需要高海拔、日照时间长戈壁和沙漠地区等建设发电设施，由于这些地区人口较少，电力需求较低，因此，负荷水平较低。在光伏发电连接的地区，电网没有大的短路容量，光伏发电产生的大量电能需要通过高压远距离传输电网络传输。在此过程中，有功功率会随机波动会在一定程度上影响电网的无功功率平衡特性，然后就会使沿传输线的母线电压波动较大。此外，由于目前电网中所集成的大型光伏电源的无功电压支持水平有限，进一步使电压质量超标甚至不稳定的风险。

3.2对电力系统经济的影响         根据现行电价政策和国家电网公司《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》的具体要求，供电公司将承担着分布式光伏并网相关的接入系统建设、容量备用以及公共电网改造的成本。分布式光伏发电自发自用部分将影响电网公司的售电量。依据地区光伏发电规划、已并网项目数据、现行上网电价及国际通行算法，以某电力公司为例进行测算，将产生以下影响。分布式光伏发电项目大规模接入后，其中部分自发自用会在一定程度上影响供电公司的售电量。若以自发自用占全部分布式光伏发电20%的比例计算（30万kW），供电公司年居民用户、一般工商业用户售电量则将分别减少约2亿kWh和2.2亿kWh，某供电公司2017年电力销售毛利将减少数千万元。供电公司为分布式光伏发电项目业主提供接入系统方案制定、并网检测、调试等全过程服务，不收取费用，且免收系统备用费。现行的某物价局《关于调整电价有关问题的通知》规定，自备电厂须向供电公司缴纳系统备用容量费，若系统以2017年末分布式光伏装机总量的10%为分布式光伏发电进行容量备用，则在现行政策下，某供电公司当年免征收系统备用费将达4600万元。

3.3对电网传输功率稳定性产生的影响         由于光伏发电系统自身具有的特点，光伏发电产生的电能在进入电网前需要通过变压器与逆变器的处理，因此，这种电能的随机波动性较强，并且没有转动惯量，就会对电网中原有通道的传输功率与潮流分布产生一定的影响，造成电网中的等效惯量减小。与此同时，光伏发电过程中的动态支撑技术与原有的发电机组存在区别，一旦光伏发电系统并入电网，电网功率的稳定性就会产生明显的变化，这种变化的程度主要取决于光伏发电的规模与位置，同时也会受到控制技术的影响。光伏发电产生电能接入电网，有可能会电网产生积极的影响，改善运行的效果，也有可能产生消极的影响，造成运行效果的恶化。

3.4对电网供电质量的影响  　　  在电网的运行过程中，电能的质量是运行状态的主要体现，是考核电网运行的重要指标，将光伏发电系统接入电网中后，就在一定程度施工扩充了电网中的结构。与此同时，光伏发电系统在规模上的差异会导致电网结构出现不同程度的变化，导致潮流分布无法有效的进行控制，电网中的电能质量就会下降。此外，在目前的电网中，电子元器件的种类与数量持续增加，需要消耗更多的电能，导致电力系统运行负担增加。

3.5对配电系统保护的影响 　　电网系统运行中，为更好的运行电网系统，需加大电网安全的保护力度，光伏电源接入配电系统后，使配网故障出现各种问题：网架结构由单个电源网络转变为双电源结构，使电流大小、方向发生巨大变化；根据变压器连接方式的不同，和逆变器形成接地回路，造成单相故障，改变继电的保护性；增加并网光伏变换器的保护内容，造成诸多不平衡现象；当PV系统保护功能时间无法和其他装置协调配合时，造成非同期合闸。这种情况下，将无法体现配电系统的装置作用，间接影响电网系统的运行；并且，光伏发电系统接入后使电网系统中的备用装置的应用产生不良影响。

3.6光伏发电入网对功角稳定性的影响  　　光伏电源本身是及其稳定的，它不会参与到功角的震荡当中，所以不会影响功角稳定性，但当光伏电源在入网时对电网原有的功率分布、电力传输功率等全都改变了, 使电网原本的功角稳定性发生变化,可能会影响是好的也可能会坏的，具体情况也根据电网拓扑结构和模型分析可以获得。当光伏发电接入电网时，可能会出现离网现象，这将对电网的稳定性产生很大的影响。

4、结束语

现阶段，对于光伏发电的研究工作正在如火如荼的进行，人们发现了利用光伏发电能够有效缓解当地所在地区用电紧张的状况，从而减少了电力系统的集中压力。本文通过围绕光伏发电对整体电力系统发生的作用和影响进行分析，目的是为了对我国当前光伏发电的技术和手段具有一定程度的推动作用，从而进一步促进我国光伏发电的技术创新以及在电力系统中的灵活应用。

参考文献：

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[2]高正平；分布式光伏发电并网对电网公司运营影响的分析[J].电力需求侧管理，2013.（01）

[3]王果；李民；关于大规模光伏发电对电力系统的影响分析[J].科技展望,2016（08）.