探析大规模光伏发电对电力系统的影响

王皓

（江苏 南京 210000）

我国电力能源组成以火力发电为主，然而化石燃料不仅对生态环境造成严重破坏，随着其储量的下降更会引发能一系列能源安全问题。因此，新型能源的大力开发与利用成为了一个必然选项。近年来我国光伏发电项目的规模越来越大，逐渐改变着电能供应结构，大批的燃煤电厂预建项目得以叫停，对我国中长期发展规划具有重要意义。因此，保证电能供应安全稳定，探究大规模光伏发电对电力系统特性的影响已经成为一个研究热点。

一、大规模光伏发电对电力系统的影响

（一）功率特性的影响

受太阳能供给稳定性，天气因素，光照角度等影响，光伏系统存在热能供应波动随机性较大，取能模块为静止安装，无功低电压穿越特性，供能系统抗扰动能力差，发电系统过负荷能力差等问题，这些特性使光伏发电在并入电网后极易引起系统稳态和暂态效应的改变，从而对电网系统的稳定性造成不良影响[1]。光伏发电系统功率的随机波动性会在一定程度上破坏电网系统平衡，增加了电力系统在电能调度和频率协调上的困难。此外，光伏发电并网使电网系统形成了多电源的架构，使配电网的电压稳定性，频率稳定性受到巨大冲击，也让电网潮流控制变的更加复杂。

（二）电压特性的影响

目前我国光热能充足的地方一般都处经济欠发达，能源需求量较低，电网容量较小的偏远荒漠地区，这种情况会使光伏电能在超远距离输出时发生一定困难，电网电压极易受外部环境影响而波动，不利于电力稳定输送。此外，光伏发电受限于无功电压补偿不足的问题，使电压频率超限的概率大大增加。

（三）相角稳定性的影响

电网系统的潮流分布与电力系统的等效惯量以及功率相角会由于光伏系统无转动变量且随机波动性较强等特性而受到影响。第一，受到异常穿越能力不足问题的影响，光伏系统容易出现拖网现象，从而破坏电力系统稳定性。第二，不同于传统火电厂稳定可调的热能获取方式，光伏发电缺乏稳定的动态能源支撑，使其在接入电网后影响电能输送的电压稳定性[2]。第三，与传统发电机组的并网逆变器控制模式不同，也会使电力系统稳定性发生震荡。

（四）小扰动稳定性的影响

光伏发电会引起电力系统电气设备的失稳。光伏电力系统在故障发生时，由于其直流电容储量较小使得控制直流侧电压上升的效率较差，进而影响到电源的稳定运行，由此看见，小的光照扰动也会使得电力系统稳定性受到影响。

（五）配电保护系统的影响

光伏电源对配电系统存在很多影响。首先，光伏电源并入配电网，改变了配电网的故障特征，原有的配电系统变成了多电源构架，电流电压的差异会使配电系统保护装置在故障发生时出现动作异常现象。其次，配电网继电保护的布置会因光伏电力系统变压器异于常规的连接方式发生改变。此外，光伏发电还会改变PV系统的反弧岛保护时间，变电站的自投装置。

（六）电能质量的影响

大规模光伏大量的非线性负载容易引发电能的质量问题。逆变器开关速度较快会使电力系统发生谐波叠加现象，加上直流电源的波动使得对故障位置的判断出现失真，保护装置发生异动，进而影响了电能的质量。

二、降低大规模光伏发电对电力系统影响的策略分析

（一）改进电力输送技术

第一，选择通道沿线安装高抗、无功补偿SVC，串补等，使长通道外送光伏电源得到更好的管控。第二，利用特高压直流输电技术成本投入少、连接密集的直通性特点，为大规模光伏电站的建设创造了更多可行条件。第三，通过引进新型直流输电技术（VSC-HVDC），借助一定规模的资源交互稳定光能的功率间歇性，更为有效的构建光伏电网结构。第三，在偏远地区通过对半波长输电与分频输电特征发展空间的分析，发展适合光伏电能超远距离输送的技术。

（二）光伏电站设计改良

首先，对光伏电站的选址、修建技术、规模布置等方面进行全面调研，合理配置光伏模块与逆变器数量，并依据当地光照实际情况选择合适的安装角度。同时，应当把控电站的建设成本。其次，对电站的规模大小、光伏系统、装机容量等子系统进行合理规划，应用新技术结合地区经纬度信息建造动态光照跟踪光伏模块，提升对光能的利用效率。此外，在计算工程资金投入时，光伏电站设要兼顾供电稳定性，经济适用性，生产安全性，进一步的还要改进光伏发电站的连接网络拓扑结构，将集中式与组合式相结合以实现后期运营维护成本的降低[3]。最后，利用计算机进行参数推算，得出不同稳定性标准，基于光伏电站稳定性的评价得出光伏发电容量的最佳值与电站输送稳定性估计，进而定位光伏电站最终的建设规模。

（三）优化电网设计

科学的电网设计有助于降低大规模光伏发电对电力系统的影响。例如，利用高压输电技术将光伏发电站电能输送至省级电网负载基地，进一步采用特高压直流输电技术实现光伏电能的跨区远距离输送。随着新能源电网的不断并入，打破传统配电结构建立新型的现代配电网已经成为了相关技术人员急需解决的主要任务之一。

三、结论

大规模光伏发电工程的建设符合我国可持续发展战略要求，是“绿水青山就是金山银山”的环保理念得以落实到实处的重要举措。本文通过对大规模光伏发电对电力系统功率特性、电压特性、扰动影响、配电系统保护、电能质量等方面的分析阐明了光伏发电在实际工程应用中尚需解决的诸多问题，并提出了部分改进策略。然而，大规模光伏发电在应用技术方面仍然处于上升阶段，许多领域还很不成熟，因此，加强对光伏发电系统的理论研究并积极推进技术革新对进一步完善我国新能源体系，实现能源结构调整，促进经济持续健康发展，保护生态环境具有重要意义。