大规模光伏发电对电力系统的影响探析

大规模光伏发电对电力系统的影响探析

蔡贺1  李微微2

1辽宁卓珩科技有限公司 辽宁 沈阳 110000

2沈阳昊诚电气有限公司 辽宁 沈阳 110000

摘要：当前，世界各国都已经意识到了能源安全、环境安全的重要性，并积极开发可再生能源。作为最主要新能源之一的太阳能，已经成为新能源发电的重要模式，各国都对其作出了战略性的决策及规划。近年来，随着我国光伏发电在电力系统中装机容量所占比例的增加，人们越来越重视光伏发电对于电力规划、仿真、调度、控制等方面的内容。从目前来看，光伏发电主要展现了“规模化分散开发、低压接入、就地消纳”以及“大规模集中开发、中高压接入、高压远距离外送消纳”的不同局面，其对于电力系统的影响非常巨大，受到了各方广泛关注和深入研究，也取得了一定成果。本文从不同角度对大规模光伏发电和电力系统之间的影响情况进行分析研究，能够为进一步深入研究光伏发电发展提供相应的参考。

关键词：大规模；光伏发电；电力系统

引言

随着全球经济的迅猛发展,空气污染、环境破坏和能源危机已成为世界各国重点关注和亟待解决的问题。传统化石能源的储量和使用过程中产生的有害物质将制约着人类对其需求的持续扩大,为了解决这一难题,可再生能源的获取和使用已引起了全人类的广泛关注,太阳能、潮汐能、风能等清洁能源发电已得到相关人士的广泛研究,并在工业界得到了大量运用。在众多可再生清洁能源中,太阳能由于储量大、分布广、易获取等优势成为目前发电领域广泛应用的新能源之一。太阳能利用主要有采暖取热、光伏发电两种方式,其中光伏发电是能源利用的最好方式。光伏发电以逐年增多的并网容量在电力系统中发挥着重要的作用。

1系统概述

光伏发电并网系统是一个先进的设备集，主要功能是捕获太阳辐射能量并将其有效地转换为可供电网使用的电能。这一转换过程涉及多个关键组件的协同工作。首先，光伏电池阵列作为系统的心脏，吸收太阳光并将其转化为直流电。其次，逆变器负责将这直流电转换为交流电，以符合电网的标准。为了确保输出电能的质量，电能质量处理装置进行了各种调整和优化，如滤波、调压、谐波抑制等。最后，控制装置监控并管理整个系统的运行，确保其稳定、高效并与电网完美同步。

2大规模光伏发电对电力系统的影响探析

2.1明确战略定位

企业要在激烈竞争的市场中获得持续竞争优势的能力及潜力，必须具有稀缺性、难于模仿性和难以替代性的战略性资源，是企业保持持续竞争优势的来源，是企业获得持续竞争优势的关键因素。从战略的角度考虑，对战略目标做出科学、准确、合理的定位，是企业成功的必要条件。因此，公司要想在激烈的能源市场竞争中立于不败之地，战略目标应定位于战略性资源的获取上，新能源光伏资源是未来能源领域的战略性资源，项目并购是获取该类资源配置的有效手段。

2.2对于电能质量的影响

大规模光伏发电的接入会将较多非线性负载引入到系统中，对整个电力系统以及电能质量等产生影响。例如，由于逆变器开关速度延缓会造成输出失真，从而形成谐波问题，特别是对阳光急剧发生变化时，会形成非常大的谐波，同时也会产生电流谐波叠加等情况。从已经运行的较大规模光伏电站运行情况来看，单台并网逆变器输出电流谐波比较小，大量逆变器并网之后所得的电流谐波也容易超出极限。除此之外，大规模光伏发电并网中直流注入也是最主要的问题，引发此问题的原因较多。由于光伏发电具有随机波动的特性，容易形成频率波动、电压波动以及闪变等问题。为了有效提升光伏接入之后的电能质量，需要采取针对性方法（如设置谐波补偿器、有源滤波器、混合滤波器等）来对谐波进行有效控制，同时也要采取设置隔离变压器、逆变器拓扑结构、虚拟电容法等方式来解决直流注入的问题。

2.3储能系统

（1）电池技术。储能系统的核心是电池技术，各种电池类型都有其独特的特性和适用的场景。①铅酸蓄电池：这是最古老且广泛应用的蓄电池技术之一。它的优点包括低成本和经过时间验证的可靠性。但其权重较大，充电周期相对较短，并且在高温环境中可能性能较差。②锂离子蓄电池：近年来，这种电池因其有较高的能量密度、较长的使用寿命和较快的充电速度而受到广大消费者的喜爱。尤其在电动汽车和家用电池存储解决方案中，它们已经非常流行。③钠硫电池：相对于其他两种电池，这是一种较新的技术，主要用于大规模的储能应用。它们具有较高的充电和放电效率，但在某些应用中可能存在安全问题。

（2）功能和应用。储能系统在现代光伏发电并网系统中扮演了至关重要的角色。首先，它确保了在阳光不足或完全没有阳光的时段（例如夜间或多云天气）仍然有稳定的电力供应，使得光伏发电并网系统更具经济价值和实用性。其次，储能系统能够在电网频率或电压发生波动时提供必要的支持，从而帮助维护电网的稳定性。最后，它还可以作为一个应急电源，当电网发生故障或中断时为关键负载提供电力。

2.4光伏发电系统并网运行特点

传统集中式发电并网系统具有支撑规模大、载荷电源稳定、电网运行成熟、投资成本高、建设周期长等特点。光伏发电系统利用可再生能源发电,在较长周期内可充分保证电能的连续产生,同时该类型发电系统的并网容量较小且运行方式灵活,可依据当地用电实际进行规划建设,且接近负荷中心点,能够减少损耗,在未来能源格局中可占有一席之地。但是,由于分布式并网光伏发电系统的输入能源———太阳能具有较大的随机性,且系统中含有开关频率的电力电子器件,同时本地用户拥有对该系统的控制主动性,因此光伏发电系统接入电网后,也会对电网造成谐波污染、电压偏差等降低电能质量的危害,同时会增大电网功率分配的复杂性。在整个电网运行过程中,分布式并网光伏发电系统与传统集中式并网发电系统间的耦合作用关系主要反映在以下几点。(1)传统集中式并网发电系统支撑规模大、载荷电源稳定、电网运行成熟,但运行型式固定,对运维管理要求较高;分布式并网光伏发电系统通常距其本地负荷较近,在电网出现异常不能为连网用户提供可靠电能时,光伏发电系统可就近为负荷提供电能,以保证负荷持续工作,体现其对传统集中式发电系统的有利补充作用。(2)结合传统集中式并网发电系统及分布式并网光伏发电系统的运行优势,将二者进行合理规划和统筹建设运行,可以降低建设成本,减少能量损耗,还可提升整体发电效率,提高系统可靠性。(3)对于生产力和经济水平较低的地区或距负荷中心较远的地区,将使系统建设成本较高且建设时间较长,不利于地区人民生产和生活;而分布式并网光伏发电系统建设规模小、投资成本低且运行简单,可以弥补传统集中式发电在这类地区的局限性。

结语

光伏发电已经成为最主要的清洁发电方式之一，大规模光伏发电需要进一步推广。本文从多角度分析大规模光伏发电对电力系统的影响，在此基础上提出了大规模光伏外送及消纳关键技术。通过本文的介绍，对大规模光伏发电并网提供一定的参考和帮助，对推动光伏发电具有现实意义。

参考文献

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