光伏并网发电系统对电网的影响研究综述

光伏并网发电系统对电网的影响研究综述

符德用

广东宇阳新能源有限公司

摘要：

文章指出了有关太阳能光伏发电的良好前景，光伏的发电系统主要包括了控制器、光伏的阵列以及相应的逆变器等组成。有关太阳能并网光伏发电系统在实际应用中有很大的发展空间和发展领域，并且其具有污染程度低，发展前景比较宽广以及在初期进行投资时价钱比较低的特点。但是，因为光伏发电系统本身具有一定的局限性，很容易受到气象、时间、容量以及地理因素的影响，同时随着使用越久，相应的光伏发电板回衰减。在现阶段的政策和技术中还存在着诸多的不完善，这就促使了光伏发电在实际应用中的局限性。文章就光伏并网发电系统对电网的影响进行了分析，为光伏推广应用可以提供参考。

关键词：光伏并网；发电系统；电网；影响；研究

一、有关光伏并网的主要系统组成

    并网光伏发电系统主要由光伏组件、控制器、逆变器及其他配件组成。工作原理均为光伏组件将光能转换成直流电，直流电在逆变器的作用下转变成交流电，最终实现用电、上网功能。

    光伏组件是整个发电系统里的核心部分，由光伏组件片或由激光切割机机或钢线切割机切割开的不同规格的光伏组件组合在一起构成。由于单片光伏电池片的电流和电压都很小，所以要先串联获得高电压，再并联获得高电流，通过一个二极管（防止电流回输）输出，然后封装在一个不锈钢、铝或其他非金属边框上，安装好上面的玻璃及背面的背板、充入氮气、密封。把光伏组件串联、并联组合起来，就成了光伏组件方阵，也叫光伏阵列。光伏组件有单晶硅，多晶硅，非晶硅。逆变器分类有：独立逆变器，并网逆变器。逆变器能将直流电，变成交流电，和电网并网。

二、光伏并网发电系统的分类和特点

（一）分类

按照系统的集中程度和规模，可以将光伏并网发电系统划分为两种，即集中式光伏发电系统和分布式光伏并网发电系统：前者属于光伏发电站系统，该种系统通常应用在光照充足的区域，采用集中创建光伏并网电站系统的方式，然后将产生的电能集中汇入到电网中，由于该种光伏并网发电系统对光照资源的要求非常高，受场地条件限制，并且对太阳能的利用率相对较低。后者和用户建筑物相结合，形成分散的屋顶式光伏发电系统，即用户在屋顶放置太阳能电池，通过逆变器把白天多余的电能售给电力企业，当需要用电时再从电力企业进行回购。

（二）特点

光伏并网发电系统的特点主要包括以下几个方面：首先，孤岛保护符合相关性，采用孤岛设备能够准确的监测光伏并网发电系统是否存在孤岛效应，但是，随着光伏并网发电系统规模的不断扩大，其发电容量占比逐渐的增加，将会延长孤岛设备监测孤岛效应的时间，进而对电网产生不良的影响。其次，纯有功功率性，光伏并网发电系统通过逆变器将产生的电能传输至电网中，采用电压源电流控制模式，该种模式对输出电流进行控制，以此实现网点电压的并网。因为其输出功率无限接近使光伏并网发电系统输出的为纯有功功率。再者，随机波动性，因为受到众多因素的影响，如光照强度、天气条件以及温度等，并且当天气、光照强度和温度等条件发生变化后，其输出功率会出现随机波动的现象。

三、光伏并网对电网的影响及对策

（一）影响

1孤岛效应

光伏并网发电系统并入电网后，如果电网出现问题，光伏并网系统依然向电网持续供电，将会超出电网的掌握承受范围，导致孤岛效应问题的产生。一旦出现孤岛效应，将会对电网、电力用户产生严重的影响，例如并网相位不同步、损害用电设备以及威胁人身安全等。

2谐波污染

现阶段，电网通常采用交流电方式进行电能的传输，而光伏发电系统产生的是直流电，无法直接并入电网，需要采用逆变器把直流电转换成和电网相位、频率相同的正弦波电流。但是，在逆变时会形成大量的谐波，如果不能够及时的采取措施消除谐波，将会增加并网的电能损耗，对功率平衡造成破坏，增加相位锁定变换的难度。

3电网系统电压

因为光伏并网发电系统具有纯有功功率特性，只会对电网的有功分布产生积极作用，并不会影响电网的无功分布情况。同时，自然环境条件发生变化时，会对光伏并网发电系统的实际输出功率产生一定的影响，如平原和高原地区、阴天与晴天以及白天与夜晚的输出功率均不相同，并且会出现功率突变的问题，导致电网功率出现随机波动，对电网系统潮流稳定性和电压稳定性产生不良的影响。

（二）关键技术和对策

为了尽可能的降低光伏并网发电系统对电网产生的上述影响，需要采取多样化的关键技术和有效的对策对电网系统进行支持与补充，具体表现为：

1关键技术

光伏并网发电系统并往后对电网产生的影响较大，为了能够降低甚至消除对电网产生的不良影响，需要采用多种技术措施，如微处理器技术、逆变器拓扑结构优化技术、孤岛检测技术以及最大功率跟踪技术等，能够显著提高光伏并网发电系统并网后的安全性和稳定性。首先，对于微处理器技术，微处理器技术能够对电网的数字信号进行处理，利用神经网络技术对电网进行动态、全面检测以及控制。其次，逆变器拓扑结构优化技术，采用列队连接结构、主从连接结构，能够显著提高逆变器的运行效率，对于提高系统效率和稳定性具有至关重要的作用。再者，孤岛检测技术，为了避免系统出现孤岛运行问题对电网、电力用户产生不良影响，同时保证用户人身安全和系统运行可靠性，采用孤岛检测技术对孤岛效应进行检测，如果检测出存在孤岛效应问题，需要及时采取措施进行处理。最后，最大功率跟踪及技术，采用电导增量法、扰动观察法以及电压跟踪法，能够对光伏阵列的最大输出功率进行跟踪，避免出现受到环境影响导致光伏阵列输出功率突变的现象。

2对策

为了使光伏并网发电系统更加稳定安全的并入到电网中，为电网系统提供优质的补充和后备，需要从多方面研究对策和技术。要加强光伏并网发电系统的仿真实验研究。要基于目前典型的实际案例，对光伏发电系统进行研究实验和验证环境，利用先进的仿真技术，结合光伏发电系统特点，搭建仿真实验环境，进行建模研究、仿真对比，在设计阶段进行优化。另外要加强光伏并网发电系统与电网互相作用的机理研究，两者之间复杂的相互作用对并网的稳定性有着特别的影响，要揭示出两者作用的本质，发展理论；在此基础上，大力发展和应用关键技术和创新技术，开发光伏并网发电系统的电网运行控制理论技术和装备。建立健全光伏并网发电系统接入电网的相关技术标准和规范是系统安全设计和运行的保障【1】。

四、有关光伏并网中发电的优势

太阳能的光伏并网的发电系统主要是将太阳能直接转化成电能，不需要通过蓄电池进行储能，而是要直接通过有关的逆变器将实际电能直接送入到电网中。在并网的发电体系中主要体现了我国有关太阳能的发展方向，它和太阳能的离网发电系统相比较，其主要有如下几点优势；在光伏并网的发电系统中主要是建设更加宽广的空间。由于光伏的组件在实际的安装上是需要大量的基底建设。完全可以将发电体系直接建设到荒漠中，这样做不仅实际减少了对土地的使用面积，与此同时，也相对减少了有关地面的蒸发量。如果可以在光伏板的下边种上耐寒喜阴、净化空气的植物，可以在很大程度上对当地的水土起到一定的保护。

在进行并网之后的发电反馈到电网上，可以大力依靠电网对电能进行存储，是不需要通过蓄电池就能够节约下来的光伏建设，同时在一定程度上也降低了成本。也是不通过蓄电池的就可以减少蓄电池的环境污染。在进行并网时除了利用大型的光伏系统同时还可以利用分布式的建设，这样在进入或者退出电网的时候就比较灵活，在一定程度上可以增强对自然环境的抵御能力，并且也不同程度的改善了电力系统在负荷上的平衡。

五、结束语

综上所述，从长远的角度来说，太阳能的光伏发电系统在以后的实际应用中有很大的发展空间和发展领域，并且其具有污染程度低，发展前景比较宽广以及在初期进行投资时价钱比较低的特点。同时，可再生资源以及新能源的出现以及开发利用在一定程度上改善了要以碳为主要的能源结构，还充分促进了常规的能源利用，并且对一些偏远地区的用电起到了一定的促进作用。

参考文献：

[1]余涛,余婕.光伏并网发电的研究进展[J].上海电力学院学报,2011,27(2):110-114