大规模光伏发电对电力系统影响综述

王超

【摘  要】在社会经济水平显著提升的背景下，可再生能源并网发电成为主要的发电趋势，为了有效地应对能源紧张的形势，加大新能源的开发力度，需要对当前电力系统运行的能耗状况给予更多的关注，提高系统长期运行中的能源利用效率，为新形势下电力系统稳定运行及服务水平提升提供保障。基于此，本文将结合大规模光伏发电的相关内容，从多个方面阐述其对电力系统影响，以便优化系统的服务功能，拓宽发电方式研究思路。

【关键词】大规模;光伏发电;电力系统;影响

引言

电力系统在传统模式的制约下不但消耗更多的能源，而且极大地影响着我们居住的环境，不仅对电力系统未来的发展产生一定负面影响，还阻碍了电力企业的进步。为了改变这种负面影响，主要从大规模光伏发电入手，不断提高光伏发电的调度、规划等方面的控制，从而使得在具有大规模光伏发电支持下的电力系统能够不断的提升和发展。接下来我们将详细对大规模光伏发电对电力系统的影响进行阐述和说明。

1光伏发电及并网发电系统简介

1.1光伏发电

太阳能光伏发电是基于光生伏特效应而产生的一项新型技术，依托于半导体界面，可以实现光能向电能的转化。基于光子的能量特性，当半导体获得一定强度的太阳光照时，该部分光子将会形成带负电荷的电子，由于这一过程伴随着失电子现象，此时会形成大量空穴。基于PN结静电作用，两个半导体之间持续表现出动态平衡状态，PN结伴有电势差现象。此时若将其接通外部负载，电流便会流过负载。而后在逆变器的作用下可以将直流电转变为交流电，通过直接或间接的方式接入电网中。

1.2光伏发电并网系统基本概念

按照一定组合排列的光伏组件在光照条件下通过光生伏特效应产生光电流和光电压。然后将电流送入逆变器和变压器形成稳定的高压交流电，最后直接输送至公共电网。这一过程称为光伏发电并网系统。其中光电流及光电压受控于光伏电池的矩阵排列形式。该过程不涉及蓄电池存储电能，因此有效降低了电能在输运过程产生的损耗和流失，进一步提高了光伏发电的利用率。

2光伏发电系统的现状分析

目前在我国农村的工业供电以及通信、荒漠光伏供电中都大量应用光伏发电系统，目前被大量使用的是独立光伏发电，这是指通过光伏组件方阵能够为一个区域的居民和住户提供用电的系统，这种独立光伏发电规模较小，范围有所控制，从而才能保证整个区域的居民用电和电压正常。近几年来，这种光伏发电系统被大量应用于荒漠以及偏远山区之中，由于他们的用电量较小，这种供电系统才能保证供电质量和安全。在我国的光伏发电系统运用过程中，除了独立光伏发电系统，还有并网光伏发电系统。并网光伏发电相对于独立光伏发电来说，应用范围更广，主要应用于军事、城市应用、野外以及石油、通讯等各个方面。此外，在近几年的发展过程中，并网光伏发电的大规模应用还在不断发展和扩散。而我们所提到的独立光伏发电和并网光伏发电以及大规模光伏发电，大部分还是取决于太阳能光伏发电。但是，目前我国在太阳能光伏发电的应用上还存在着很多问题与不足：第一，我国光伏发电的基本材料不足，大部分都需要国外进口。第二，用于光伏发电的太阳能电池大量用于出口，在光伏发电的使用上不足。第三，我国对于太阳能光伏发电的基础设施等维护不到位，使光伏发电发挥不出其原有的价值。第四，相关法律政策实施不到位，无法保证光伏发电的正常运行。总的来说，光伏发电虽然存在着很多的不足与问题，但是前景光明。通过不断分析大规模光伏发电对电力系统的影响，并制定出相应的解决措施与方法，能够不断解决问题，使光伏发电得到有效利用。

3大规模光伏发电对电力系统的影响

3.1对有功频率特性的影响

结合光伏发电的实际应用情况，可知其具有这些方面的特性：其电源是静止元件，不会产生转动惯量;发电时的外出力不恒定，具有随机变化的特性：不同时间段的有功与无功动态特性有所差异，且电源的抗扰动能力弱，会引发脱网故障;对逆变器依赖性强，具有良好的四象限控制能力。光伏发电这些方面的特性给电力系统的有功功率产生了一定的影响。具体包括：会影响系统的调频效果、调度过程中的经济性;备用设备的优化策略发生变化;系统既有的等效转动惯量发生变化，会使极端条件下的频率变化幅度加大;保护动作异常等。

3.2光伏发电系统配电系统保护的影响

目前，为了保证电网系统正常运行，工作人员一般通过增加一些保护装置确保系统能够安全稳定。当大规模光伏电源与配电网结合时，由于光伏发电自身的随机波动性等因素，其会导致配电系统的内部特征发生一定的变化。具体如系统的有功平衡，并且继电保护和自动装置系统均会受到影响。这可归因于电网系统的网架结构在光伏发电系统并入后，由单电源转化成为双电源或多电源的拓扑结构。除此之外，配电网中原有的变压器连接方式因接入光伏电源，使得逆变器与变压器之间的回路发生改变，增加电路中零序电流，从而对电网系统的故障特征带来影响。

3.3对电能质量的影响

电能质量是电力企业综合实力和社会信誉的重要标志，也是电力系统运行管理的关键，光伏发电系统的并入，扩大了系统的容量，由于所接入的发电机组和原来的数量与规模有很大区别，使继电系统的整体框架结构和原来有明显区别，电网的潮流分布更难控制，电压质量得不到良好的保障，影响用户的用电效果。同时，由于大规模光伏系统的介入，其中存有的大量的电力电子的作用，改变了既有电力系统原有的运行模式，不利于电能的质量的提高，逆变器开关的反应过慢，输出失真，进而产生谐波，简谐波的波动范围会随某一区域的光照变化的加快而增大，甚至出现波动叠加现象。相关研究证明，只存在一台并网逆变器时，输出的电流谐波较小，电路中同时并联多台并网逆变器时，输出较大的电流谐波，会超出规定的标准。影响电能质量的主要原因有逆变器并联系统中电网阻抗的耦合效应，滤波电容所引起的谐振动，放大了某些次谐波，由于直流介入产生电源波动等，另外，由于时代的发展，使用电子设备和用电器的电用户越来越多，功率消耗增大，用电消耗的持续时间较长，电能量消耗总量增加，电力系统的运行负担越来越重。

3.4对电压的影响

目前在我国大规模光伏发电主要应用在沙漠地区，但是在沙漠地区上的电网容量小，负荷水平低。但是，大规模光伏发电要通过长距离的电网运数送达，在此过程中会对周围的电网以及电路电压造成影响。与此同时，无功电压的控制能力差，发生危险的可能性强，很可能使得所通过的电网其原本构架改变，使得单一电源变成两个及其以上电源，这样整个电网的控制力度下降，极容易造成危险。

结语

综上所述，电力系统未来发展中重视大规模光伏发电的高效利用，对自身生产效益增加及输电能力提高至关重要。因此，现代电力企业在构建电力系统的过程中，应对系统的整体规划设计、能耗状况、输电性能等进行充分的考虑，加强大规模光伏发电方式的合理使用，促使电力系统能耗状况得以改善，能够长期处于稳定、高效的运行状态，最大限度地满足可持续发展战略的实际需求。

参考文献：

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[3]李伟.大规模光伏发电对电力系统影响综述[J].建材发展导向，2017，15（23）：348.

（作者单位：宿迁绿能电力有限公司）