大规模光伏发电对电力系统影响的探析

大规模光伏发电对电力系统影响的探析

王兆博

中油电能电力研究设计院 邮编： 163000

摘要：随着我国社会发展步伐逐渐加快，能源使用量也日益增加，不但导致能源消耗过快，环境污染问题也逐渐凸显出来。因此越来越多的人们开始倾向于使用清洁型可再生能源。例如太阳能、风能等自然资源被开发利用，受到了人们广泛青睐，同时也减少了环境污染。其中光伏发电同样作为一项清洁型可再生能源，在使用中却存在一些缺陷，本文将对大规模光伏发电对电力系统的影响作具体分析。

关键词：大规模光伏发电；电力系统；影响

光伏发电作为一项清洁型可再生能源，不但在使用以来解决了能源消耗过快的问题，而且在我国的环境保护工作上做出了贡献。但是大规模光伏发电对自然依赖较强，且产出的电能与正常的发电系统具有一定差异，在使用过程中容易对电力系统产生影响，因此如何改善光伏发电对电力系统产生的影响以及如何促进光伏发电的发展，对于我国社会经济发展具有一定的现实意义。

一、光伏发电的原理及重要意义

1.1光伏发电的原理

据调查地球截获海量的太阳能足足有173000太瓦，可以说是地球上所有人使用的能量总和的一万倍。那么太阳能电池板是如何把太阳能转化成电能的是研究者首先要了解的问题。太阳能板由一个个更小的单元组成，被称作太阳能电池片，最常见的太阳能电池片是用硅制成的。属于一种半导体也是地球储量第二丰富的元素，在太阳能电池片中结晶硅被夹在导体层中，每一个硅原子都和其临近原子通过四个强化学键结合，将电子束缚住，因此没有电流能够流通。但是一个硅太阳能电池片有两层不同的硅。N型硅中的电子有盈余，而P型硅则有额外的位置来存放电子，被称作空穴。在N和P两种硅的交界处，电子可以越过P/N结，在一侧产生一个正电荷，在另一侧产生一个负电荷。将光想象成一束从太阳射出的微粒流，这些微粒叫做光子，当其中一粒光子以足够的能量击中太阳能电池片，它可以从化学键中敲出一个电子，留下一个空穴，从而使得带负电的电子和带正电的空穴可以自由移动，但是由于P/N结处的电场，它们只能单向移动，电子被拉向N侧，而空穴则被拽向P侧，这些可移动的电子接着被电池片正面的细小金属探针收集，使其通过外电路回到背面的导电铝片之间，对外做电工，例如点亮电灯泡。每一个硅太阳能电池片仅能对外输出大约0.5瓦，但是能够将它们串联成模块来得到更高的能量，12个光伏电池片就可以给手机充电，但是要想使用更多的电就需要更多的模块。电子是太阳能电池片中唯一移动的部分，并且它们全部都会回到它们的源头，过程中没有磨损或消耗，因此太阳能电池片可以使用数十年。

1.2发展光伏发电的重要意义

在目前我国众多地区中都设有光伏发电站，由于我国沙漠占据70万平方公里，戈壁占据了58万平方公里，总共相加已经占据了我国国土面积的13%，在过去这些地区基本是寸草不生，且对华北城市的空气造成了一定程度上的污染。因此在近年来我国投入了大量的人力、物力、财力整治荒漠，城市中的空气质量相对过去也有显著提升。但是沙漠和戈壁是非常适合光伏发电的，既能够改善生态环境，同时又能够创造大量的电能，因为该地区的日照时间较长。

我国的光伏产业是一项价格低廉且清洁的能源，光伏发电的成本较低，现在已经接近2毛多每度，是综合发电成本。而且我国的光伏技术在全世界当中都是领先的，发展到目前中国的光伏企业已经在整个光伏产业链当中占据了龙头地位。光伏发电能够不断减少对石化产品和煤炭产品的依赖，能够有效减少碳排放量，主要优势在于量级巨大且成本低廉，被称为清洁能源的翘楚。

但是在目前我国由于东南沿海的城市比较集中，西北地区以沙漠和戈壁偏多，比较适合用来光伏发电，东南沿海和西北地区的连接还需要建设大量的特高压的输电线路来完善整个光伏发电的体系。

二、大规模光伏发电对电力系统的影响分析

光伏与太阳的光照强度具有密切的关系，例如如果在进行光伏发电时，天空出现一片云，倘若过于集中的话，就会大幅度降低光照强度。导致发电功率下降，影响电网的正常运行，那么大规模光伏发电对电力系统具体存在什么影响，从以下几方面来进行分析：

（一）影响电压：从上述得知我国光伏发电的主要地区在沙漠或者戈壁，然而该地区的电网容量较小，负荷的水平也相对较低，如果光伏发电与负荷不匹配就会使电压出现不稳定的情况，出现断电或者更加严重的故障，不仅如此无功电压的控制能力较低，极可能出现危险改变电源架构，因此就会导致电网的整体控制力度下降^[1]。如果想要保障在光伏发电中电压的稳定性，首先要分析光伏发电与并网区域的负荷是否能够匹配，如果分析结果显示匹配，则电压功率符合要求；如果分析结果显示不匹配，就要及时采取措施保证光伏发电与并网区域的负荷相匹配下进行发电，保证电压的稳定性以及整个电网的正常运行。对于电压稳定性来说，如果在发电前做好准备和相关分析，就不容易产生较大的影响。

（二）影响功角：有些光伏发电的电源在接入电网时对电网原来的电力传输功率会产生一定影响，进而就会影响电网的功角稳定性，一般出现这样的情况大多与电网的设计结构有关，对于电网功角出现的影响存在不确定性，如果影响了电网功角的稳定，就极容易出现脱网^[2]。要想保证功角的稳定性，在发电机组运行时要及时监控，并对电网的拓扑设计情况进行分析。

（三）影响电网、电能质量：从电网管理者的角度来看人们的工作就是不断平衡发电量和需求量，随着太阳落山，太阳能产生的结束就像对能源的需求通常达到峰值一样，然后发电厂必须迅速提高产量来弥补这一缺陷，对于目前的电力设施来说，很难做到这一点。随着光伏发电并入电网系统当中以后，电网当中的非线性负荷就会增加，易导致逆变器的开关出现延缓，随着并网的时间不断延长，电能就会以直流电的方式接入到电网当中，使电压产生波动^[3]。而且随着近年来我国社会发展步伐不断加快，越来越多的电子设备进入到人们的生活当中，使电能质量下降，给电力系统增加了负担。

（四）影响配电系统：配电系统是电力企业发展的一项关键点，当大规模光伏发电接入到配电系统当中就会影响配电系统的安全保护，使其保护装置无法发挥作用，就会增加故障机率。由于光伏发电使整个电网的结构变得更加复杂化，比如变压器的连接方式出现问题，则对电网中的电压和电流就会出现影响，或者由于光伏系统的介入，改变了配电系统的电源，则电网系统就无法正常运行。

（五）影响无功电压：光伏发电一般适合在沙漠或者戈壁等人烟稀少且日照时间长的地区，由于该地区对电能的需求量较小，所以电网系统的负载数量就较少。虽然在近年来大规模光伏发电对无功电压的发展具有一定的促进作用，但是由于光伏发电在电能的远距离运输过程中易产生波动，在一定程度上会改变电网运行的无功平衡，影响无功电压的特性，从而导致电网中的电压质量降低。

结束语：

推广大规模光伏发电在我国已经成为一项节能环保的战略性目标，对于我国电力企业的发展也具有较强的推动作用。但是在大规模光伏发电中还存在一些不足需要进一步探索研究。本文论述了光伏发电的原理及重要意义并分析了大规模光伏发电对电力系统的影响有哪些，因此要想保证大规模光伏发电能够稳定持续发展，必须要解决其对电力系统的影响，消除不良因素，进一步促进我国电力企业的发展。

参考文献：

[1] 李东升. 大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]. 智能城市,2019,(001):69-70

[2] 张国祥. 大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]. 科技风,2019,(017):183

[3] 陈宸. 大规模光伏发电对电力系统影响[J]. 产业科技创新,2019,(017):29-30