分布式光伏对电力系统的影响

分布式光伏对电力系统的影响

陈忠华

昆明富民供电局  云南富民  650400

摘要：在电力系统中，分布式光伏受到更多人的认识。因此，分布式光伏发电通过安装在住宅或商业建筑屋顶的发电模块产生电能，并输送到电力系统中，具有自发自用、就地消纳、干净清洁等特点，可在一定程度上缓解部分缺电地区用电紧张的问题，也可缓解用电高峰时的供电压力。但随着分布式光伏发电规模的持续扩大，分布式光伏电能对电网的影响越来越不容忽视。

关键词：分布式光伏；电力系统；影响

引言

分布式光伏因可开发资源丰富、开发建设难度小、节能环保效益显著等优势，成为光伏开发利用的重要方式之一，并在发达国家和部分发展中国家得以快速发展且已具有一定规模。为了促进国内分布式光伏产业发展，我国制定了一系列鼓励政策，但是现阶段受到补贴政策逐步取消、一般工商业电价下调和建设成本下降趋于平稳等不利因素的影响，导致分布式光伏项目市场竞争力和盈利能力下降，项目开发受到一定程度的影响。

1分布式光伏发电出力特性

（1）从短时和日出力特性来看，光伏发电出力呈现较强的波动性、显著的时段性。光伏出力随光照强度、天气、季节、温度等自然因素而变化，具有随机波动性；光伏出力多集中在白天，尤其是午间时段，而夜晚出力为零，呈现显著的时段性，无法持续稳定的供给电力。以某分布式光伏发电为例，晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，出力时间集中在7点到19点之间，中午达到最大；多云天气由于受到云层遮挡，辐照度数据变化大，导致光伏电站出力短时间波动大，总体出力水平也不如晴天。当太阳光强迅速变化时，输出功率也会在较大的范围内快速波动，小时级出力波动达到装机容量50%。相对于集中式连片的光伏电站具有出力平滑效应，分布式光伏发电装机容量小、面积不大，受云层、温度等多方面影响较大，出力波动性相对更大。（2）从年度出力特性来看，光伏发电出力呈现明显的季节特性，春秋季发电较多；全年大部分时段出力小于其装机容量的50%。受气候影响，风电出力呈现出明显的季节特性。受光照强度和温度的影响，该某分布式光伏发电项目在春季、秋季发电较多，夏冬季出力较小，尤其是南方较冷的一月和二月份以及处于梅雨季节的六月份。从该分布式光伏发电项目来看，年利用小时数为996，接近1000小时。由于光伏电站出力具有随机性、波动性特点，光伏电站出力接近满发的概率很小，大部分情况下分布式光伏发电出力小于其装机容量的50%。2014年某分布式光伏发电全年发电出力的概率分布显示，出力超过装机容量80%的概率仅为0.1%，超过50%的概率仅为15.8%，而出力小于10%的概率达到30.8%。（3）光伏发电出力和日间负荷匹配度较高，具有正调峰特性，但由于晚上难以发电，难以有效匹配晚高峰。从日出力特性匹配来看，光伏发电出力高峰主要在中午期间，能够和居民负荷的日间高峰匹配，具有正调峰特性，但是由于居民负荷的全日峰值负荷通常在晚上，此时光伏发电无法发电，难以起到降低容量需求的作用。从年出力特性匹配来看，就该某分布式光伏发电项目来说，光伏发电出力最高的三个月分别是4月、7月和8月，和夏季负荷高峰在月度上是匹配的。但需要注意的是，是否能够降低年度峰值出力，需要看夏季时刻光伏发电和负荷的日特性曲线是否匹配。(4）光伏发电等逆变器类型分布式电源具有不同于常规电源的控制特性，将对电力系统运行提出更高要求。逆变器类型分布式电源无法向系统提供转动惯量。在没有特殊要求的情况下，逆变器类型分布式电源一般没有类似常规机组的下垂频率控制特性，无法向系统提供一次调频。光伏出力波动性以及预测误差，对系统二次、三次调频能力提出更高需求。

2分布式光伏发电对电力系统的影响

2.1对电能质量的影响

分布式光伏电源并入电力系统后对电能质量的影响通常体现在谐波污染、电压波动等方面。分布式光伏发电产生的直流电须经过逆变器调制为交流电后才能并入电力系统，但并网逆变器在高频调制直流电过程中容易产生谐波，谐波经并联输出后放大，存在难以预测与治理的问题。此外，分布式光伏发电极易受天气影响，输出功率波动较大，并网后将对电网的电压质量造成一定程度上的影响。随着分布式光伏电源的大量接入，电力系统系统的功能也随之改变，由电能分配系统转变为集电能收集、传输、分配于一体的信息电力系统系统。

2.2正面影响

（1）促进可再生能源的开发利用利用闲置屋顶资源开发分布式光伏发电，可以避免占用大面积土地，充分利用城市农村的光照资源，有利于扩大可再生能源开发利用规模。（2）解决偏远地区的能源电力供应问题通过在大电网难以覆盖的偏远地区发展分布式电源，可以解决这些地区的电力等能源供应不足的问题，促进社会经济发展，还可充分利用可再生能源，保护当地生态环境。（3）延缓输变电建设，降低输电损耗分布式光伏发电使得电能的生产和消费尽可能在同一地点完成，不需要进行长距离的输电，降低输送损耗。此外，还可以减少部分输变电容量或输热容量，延长能源供应基础设施升级改造的周期。

2.3对电力系统运行控制的影响

当大规模分布式光伏发电并网接入电力系统时，光照强度的变化将导致分布式光伏发电输出功率的大幅度波动，从而使得电网运行规划人员难以精确预测负荷增长变化，影响电网调度以及光伏发电的有效利用。由于分布式光伏发电并网，传统发电与运行计划不再适用新型电力系统，须考虑到光伏发电的不确定性，进一步准确预测电力系统短期负荷。随着分布式光伏发电装机的规模持续扩张，电力系统调峰、调频的压力也与之俱增。虽然分布式光伏发电可在电力系统事故后起到支撑作用，但光伏发电的调峰能力较差，并且随着分布式光伏发电穿透功率的增加，电力系统内的峰谷差将进一步扩大。大规模分布式光伏发电并入电力系统将使得电力系统的分布式电源系统呈现出多点、多地分散的特点。当多点、多地分散的分布式光伏电源及其他分布式电源同时并网时，传统的无功调度与电源控制策略不再适用，若协调不好各分布式电源之间的运行计划，那么将对电网调峰、电压稳定以及频率稳定带来较大的影响，增大了电力系统运行控制的难度。

2.4系统安全运行问题

随着接入容量的增加，分布式光伏发电出力波动性将可能显著改变系统供电负荷曲线，对系统有功平衡带来挑战，对电网的运行灵活性提出更高需求。随着系统光伏接入容量的增加，光伏发电对系统净负荷曲线将有显著影响，呈典型的“鸭型”曲线特征，这将对电力系统有功平衡带来极大挑战。如白天光伏发电充足，满足电网负荷需求，甚至会出现电力过剩；而夜晚，光伏出力为零，需要其他电源能够快速增加出力，满足电网负荷。这就需要电网运行具有足够的灵活性，如足够灵活的常规发电机组对光伏出力的变化做出快速反应，充足的电网互联以发挥不同区域的资源优势，充足的需求侧响应资源等，保证系统有功平衡和运行安全。

2.5孤岛效应

分布式光伏发电并入电力系统后，可在电力系统发生故障时支撑局部地区的供电。但当电力系统发生故障解列时，由于分布式光伏发电装置目前尚未有较好的检测方法，光伏发电在电力系统解列后仍然向电力系统供电，此时就会造成孤岛效应。分布式光伏发电对局部电网持续供电，但对于非计划内的局部区域供电将会威胁到电网检修人员的人身安全。

结语

分布式光伏发电已成为近中期分布式电源发展的重点，需要全面了解其出力特性及对电力系统的影响，把握发展需要解决的关键问题。

参考文献

［1］韩肖清，李廷钧，张东霞，等．双碳目标下的新型电力系统规划新问题及关键技术［J］．高电压技术，2021，47(9):3036-3046．

［2］丁明，石雪梅．新能源接入对主动电力系统的影响［J］．电力建设，2021，36(1):76-84．