大规模光伏发电对电力系统影响综述

刘坤艳　付伟

摘要：随着社会发展的脚步加快，人们对能源的需求越来越大。电能作为人们生活与工作中最重要的能源之一，对人类进步起着不可替代的作用。近几年，国家也在提倡新能源的开发，大规模的光伏发电进入电网，一方面满足了人们的生活所需，提高了资源的可利用率，另一方面也带来了不少的不利影响。本文通过对大规模光伏电进入电网对电力系统造成的影响进行分析，对其不利影响也提出了相应的改进措施，具有一定的现实意义。

关键词：大规模;光伏发电;电力系统

随着国家对新能源的重视，可利用资源已经越来越丰富，很大程度上缓解了我国多地区能源不足的问题，尤其是火力发电与水力发电的兴起，为人们生活与工作提供了很大的便利。但是，在电力方面还是存在不少的问题，比如大规模光伏电进入电网，提高了输电功率的同时，也引起了很多的安全问题，对整个电力系统产生了很大的影响。

一、大规模光伏发电系统简介

（一）光伏发电系统中的阵列模型

光伏电池是光伏发电系统的组成部分之一，在研究光伏发电系统的时候，也需要对光伏电池进行研究。在对光伏电池进行研究时，需要研究电池内部的情况[1]。光伏电池的内部是以二极管模型为关键部件的等效电路，通过KCL的状态来决定该光伏电池模型的数学表达式，包括对各参数的确定，比如电流、电源电压、最大功率电压等。根据这些参数来确定光伏电池模型的数学最终表达式，当然，光伏电池发电系统的参数模型中，其阵列模型主要是根据光伏电阵列的最终情况来建立的。在光伏电系统的最终阵列模型中，其阵列是以串联和并联的形式展现出来的。

（二）光伏发电系统的并网换流器和控制模型

在光伏发电系统的大型单元中的并网换流器处于一种暂态的方式。目前主要是通过光伏发电系统中的电压来形成双层结构的控制，包括内环和外环两层控制。内环控制主要是通过电流控制，在衡量内环的电流值时要与外环的电流值相结合，然后经过换流器的处理操作后得到入网的电流值;外环控制主要是完成电压的入网操作，在衡量外环的电压值时要以内网的电流值作为参考，然后经过换流器的处理操作后得到入网的电压值。

光伏发电系统的控制模型包括内环控制模型和外环控制模型。内环控制模型所采取的措施是用解耦的方式来确定换流器的状态，然后根据换流器的状态来确定解耦采取哪种处理方式，在处理的过程中所涉及到的因素构成了内环的控制模型。由实验所得出，解耦能力包括有功解耦能力与无功解耦能力。光伏发电系统的外环控制模型则是根据实际需求来决定最终采取哪种措施进行相关的设计。

（三）构建光伏发电系统模型

构建光伏发电系统要根据该模型的方程式中的每个元素来进行相应的拆分，然后对拆分的各个元素进行状态确定。在构建光伏发电系统模型期间会涉及到逆变器和MPPT的控制处理，其处理的不同状态会有不同的状态方程[2]。因此，不同的处理方式会有不同的模型，所以在研究光伏发电系统的模型时，选择建模方式很重要，要根据不同的需求来选择不同的建模方法。

二、大规模光伏发电对电力系统各个方面产生的影响

（一）光伏发电对有功频率产生的影响

电力系统的主要供电方式之一就是大规模的光伏发电。光伏发电在为电力系统供电的过程中会呈现出一定的特性，主要包括：第一、光伏发电在发电的过程具有随机性，会随着发电的状态而呈现出波动;第二、大规模的光伏发电系统的电源不会惯性转动;第三、当光伏发电系统的电源处于低电压时会使得无功状态呈现变化的特性;第四、光伏发电系统可能会出现脱网的情况;第

五、光伏发电的控制模型的控制能力加强[3]。光伏发电的波动性发生改变时会影响整个系统的稳定性与平衡性，使得光伏发电系统的风险性变高。第

六、有功频率发生变化。光伏电源是一种非动态的非旋转形状的电子元件，在运转过程中会逐渐降低转动惯量而使得光伏发电系统的功率发生改变，从而对发电系统的运行造成不良影响。

（二）光伏发电对功角稳定性产生的影响

光伏发电系统发电过程中，其自身并不参与功角的振动，所以发电系统在工作过程中并不会对功角的稳定性造成影响。但是，光伏发电系统的光伏发电电源的元件在工作的过程中会呈现随机波动性和无转动惯量的特性而使得发电系统加入大规模的光伏电后使得原电源的分布情况发生变化，出现多支分流的情况而使得整个系统的电流功率降低，影响发电的效果。另外，光伏电进入电网之后也会使得电网的性能发生改变，电网的性能受到影响之后会影响其系统内部的结构方式，电力的输送方式也会发生变化而使得模的功能降低，对光伏发电系统的功角稳定性带来影响。所以，当光伏发电系统发生故障时，一般会引起发电系统的内部出现脱网的情况，尤其是当发电系统出现集中化或者规模化的多重故障时，更容易导致脱网的发生[4]。因此，在对光伏发电系统进行改进时，要充分利用好光伏发电系统的内部结构，对工作过程中的低功率配电系统进行补充以维护系统的安全。

（三）光伏发电对电能质量产生的影响

当大规模的光伏发电电源进入电网时，电网的总电子元件就会增加，发电系统的功能就会提升，对信息的处理能力就会增强。但是要注意的是，有可能会出现电网污染的情况而使得电网内部部件的功率下降，导致输送电能的质量降低。因此，要对电网输送的电能质量进行维护与提升，可以通过对逆变器进行调速的方式来实现。采取对大规模光伏发电的逆变器的开关进行调速，使得整个电网内部的动态性能加强而提升电能的输送能力，产生较大范围的谐波而提高电能的输送功率。从目前全球范围的大规模光伏发电系统的工作过程来看，只采用一台并网逆变器进行输送工作，则产生的电流谐波很小，但如果采用多台并网逆变器同时进行输送工作，则产生的谐波较大，会发生叠加效应而可能使得输送的电流过大。另外，大规模的光伏发电进入电网会使得逆变器出现并联，这是由于产生了耦合反应使得并网逆变器的控制模型中的回路宽带降低而导致的。这种现象发生后，最终输送电流中的谐波就会出现超标。

（四）光伏发电对配电系统产生的影响

大规模的光伏电进入电网会使得光伏电源的特性发生改变而引起电网的继电保护与装置出现问题。根据近几年全球范围内的大规模光伏电进入电网后出现的问题的现状来看，主要有这几方面的表现：其一，由于大规模光伏电进入电网而使得继电装置出现问题，因为电网的内部结构复杂，双电源与多电源的结构交织在一起使得电网的输电过程的电流发生改变，导致电网设备出现故障[5]其二，大规模光伏电进入电网后，原系统中的变压器就会发生改变，由一个电压器变成了多个变压器而使得变压器和逆变器构成的回路改变，使得电网输送电路中的电流发生巨大变化而对该电网造成破坏。

三、结语

大规模的光伏电进入电网后会对发电系统的电源产生巨大的影响而使得电源内部的特性发生变化，继而出现一系列的问题。本文通过对大规模的光伏发电系统进行介绍，包括光伏电系统的阵列模型、光伏电系统中的并网换流器和控制模型。然后提出如何构建光伏电模型，指出不同的情况应该采取不同的建模方法来实现光伏发电系统的需要。在此基础之上，深入研究与分析了大规模光伏电进入电网对电力系统产生的影响，包括对有功频率、电能质量、功角和配电系统造成的影響。然后通过对近几年全球范围内的大规模光伏电进入电网造成的影响的现状，提出了相应的改进措施，对大规模光伏发电对电力系统的影响的进一步研究提供了参考意见，具有可借鉴价值。

参考文献：

[1]匡兆平·光伏发电对电网安全稳定的影响[J].江苏科技信息，2017（35）：46-47.

[2]李建坤.光伏发电并网对电网运行的影响及解决策略[J].通讯世界，2017（13）：122-123.

[3]陈万龙，周强，郝晓弘，etal.光伏电站接入混联电网的稳定性影响研究[J].自动化与仪器仪表，2019（5）：100-104.

[4]冯华茂.大规模光伏发电系统并网影响的关键技术[J].科学技术创新，2017（10）：70-70.

[5]吴或.风光新能源接入对电网的谐波影响及抑制措施分析[J].现代制造，2017（33）：1-2.

作者简介：刘坤艳（1981-），女，汉族，工程师，硕士研究生，研究方向：电网调度自动化。