關(guān)于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響及相關(guān)需求的研究

白楊?竇金延?趙冠?徐洪祥

摘 要：當(dāng)前，光伏發(fā)電發(fā)展前景良好，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電具備投資低、無污染、發(fā)展較快等優(yōu)點(diǎn)，因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用廣受追捧。雖然光伏發(fā)電具備諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其自身的局限性制約了它的發(fā)展。本文主要對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后對配電網(wǎng)的影響展開了論述，并分析了系統(tǒng)接入電網(wǎng)產(chǎn)生的相關(guān)需求。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);安全穩(wěn)定性;配電網(wǎng);相關(guān)需求

現(xiàn)階段，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)較容易受環(huán)境等因素的影響，從而導(dǎo)致發(fā)電量減少，這表明當(dāng)前的技術(shù)和政策尚不完善。光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展中遇到的瓶頸，需要技術(shù)人員在研究和分析問題和技術(shù)創(chuàng)新中解決這些問題。光伏行業(yè)要嚴(yán)把產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)，并科學(xué)的制定出各項(xiàng)入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。同時，電力部門也應(yīng)完善電網(wǎng)建設(shè)，使太陽能的利用率提高。

一、對電網(wǎng)的影響

（一）供電質(zhì)量問題

有用電能作為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供的唯一電能，具有一定的局限性，如無功電流直接對電網(wǎng)末梢的供電質(zhì)量造成影響。這時需要增加一些無功設(shè)備為供電作補(bǔ)償。早晚太陽輻射的變化也會對光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，這種情況降低了供電的穩(wěn)定性。有關(guān)專家針對并網(wǎng)裝置的利用率問題，提出了一些改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)供電質(zhì)量的方法，使光伏發(fā)電并網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益大大提高。下面將具體針對諧波、電壓、頻率等因素在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)產(chǎn)生的質(zhì)量問題展開論述[1]。

1.諧波

光伏逆變器雖然對改善無功電流的供電質(zhì)量有較好的效果，但是光伏逆變器本身含有大量的電子元器件，因此，在實(shí)現(xiàn)直流逆變?yōu)榻涣鞯倪^程中會產(chǎn)生一些諧波，這時諧波污染對電網(wǎng)的危害是無法避免的。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)中的使用范圍不斷增大，諧波污染逐漸引起了人們的重視，目前，人們正努力的尋求解決辦法[2]。

2.電壓和頻率

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)存在的形式有兩種，這兩種形式影響了不但影響了電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量，還影響了會對配電網(wǎng)和高壓輸送的控制力。光伏發(fā)電的形式存在一定的隨機(jī)性，因此會導(dǎo)致系統(tǒng)經(jīng)常性的頻率波動，這就需要系統(tǒng)本身配備其他的輔助設(shè)備對其進(jìn)行調(diào)控。

（二）孤島效應(yīng)帶來的問題

一旦與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接的電網(wǎng)線路發(fā)生故障或事故，需要停下來檢修，系統(tǒng)與電網(wǎng)不得不分離開來，但是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不會停止，它還會繼續(xù)向所帶負(fù)載供電，從而使系統(tǒng)成為不受控制的供電孤島。這種情況下，供電公司也無法掌控的光伏發(fā)電系統(tǒng)，并因此形成孤島效應(yīng)，這會造成配電網(wǎng)系統(tǒng)及用戶端的損害[3]。

（三）可靠性與穩(wěn)定性問題

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入主網(wǎng)后，對供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性造成一定的影響，主要體現(xiàn)在以下三方面。

1.我們已知光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量具有一定的波動性和隨機(jī)性，這對輸出功率的穩(wěn)定性影響較大，因此，導(dǎo)致光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)供電的可靠性降低。

2.由于光伏電站選址、配置容量及電網(wǎng)連接的方式不同，因此影響了系統(tǒng)的可靠性。同時切除故障光伏電池組件等操作也會影響系統(tǒng)的可靠性[4]。

3.光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行時，投入量越多，所占的發(fā)電容量比例越高，對系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性影響越大，因此，對電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性影響較大。

（四）電網(wǎng)效益問題

因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)發(fā)電形式的特殊性，所以系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，在電網(wǎng)的效益方面帶來一些影響，具體體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)本身沒有調(diào)峰和調(diào)頻的能力，因此在早、晚用電高峰時段產(chǎn)生的負(fù)荷對電網(wǎng)造成很大的沖擊;第二，隨著光伏發(fā)電的大量投入，使得負(fù)荷預(yù)測的難度增加，這在一定程度上增加了電網(wǎng)規(guī)劃的不確定因素。

由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分為兩種形式運(yùn)行，同時受到自身特性的影響，所以系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時，會導(dǎo)致較多問題的發(fā)生，因此要求重新考慮各種補(bǔ)充設(shè)備、繼電保護(hù)設(shè)備的使用。

二、對電網(wǎng)仿真分析和計算的需求

（一）對配電網(wǎng)仿真分析和計算軟件的新需求

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)后，配電網(wǎng)的潮流計算過程有了一些新的變化，因此對配電網(wǎng)有了一些新的需求。

1.根據(jù)氣候條件確定系統(tǒng)典型方式數(shù)量

由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量受到氣候因素的影響，所以要求操作人員要準(zhǔn)確把握電網(wǎng)運(yùn)行時的各種特性。地級或縣級調(diào)度部門要做好典型方式數(shù)量顯著增加的準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門建立區(qū)域內(nèi)的氣候條件的數(shù)據(jù)庫，如不同季節(jié)、不同時段及特殊情況下的氣候因素及數(shù)據(jù)等。根據(jù)統(tǒng)計的系統(tǒng)裝機(jī)容量與實(shí)際所發(fā)電量的有關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合氣候數(shù)據(jù)內(nèi)容，確定所需的系統(tǒng)典型方式數(shù)量。

2.制作抽潮流計算軟件模型

目前潮流計算軟件中缺少能計算光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)的模型，建議開始該模型的研究工作。計算模型的功能應(yīng)包括：第一，反映日光強(qiáng)度等氣候因素對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量的實(shí)施變化;第二，反映不同年份的太陽能電池的效率;第三，反映光伏逆變器的功率因數(shù)。

（二）對大電網(wǎng)仿真分析和計算軟件的新需求

大電網(wǎng)仿真分析和計算軟件需要加強(qiáng)發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)大量運(yùn)行時，必然影響系統(tǒng)頻率和電壓的穩(wěn)定性。未來太陽能功率可能較為集中的送入高壓電網(wǎng)，但是受到地理、經(jīng)濟(jì)等多種條件的制約，光伏發(fā)電的容量在大電網(wǎng)中所占的比例仍是有限的。因此，建議研究人員要仔細(xì)分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變過程。根據(jù)所研究問題的實(shí)際需要，可以簡化某些外部系統(tǒng)，或使其與系統(tǒng)等值。

（三）評估電網(wǎng)內(nèi)諧波含量對仿真軟件的需求

隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電系發(fā)電量總占比的升高，諧波污染的概率和影響將會進(jìn)一步加大，因此，要在仿真分析配電網(wǎng)及高壓電網(wǎng)的過程中添加對電網(wǎng)中諧波含量的評估項(xiàng)目。因此，研究人員應(yīng)在電磁暫態(tài)模型軟件基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)入網(wǎng)后電網(wǎng)的如何實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行產(chǎn)生進(jìn)行研究。

結(jié)束語：光伏發(fā)電作為一種新興的能源形式有著廣闊的發(fā)展前景。雖然光伏并網(wǎng)發(fā)電已經(jīng)取得了一定的成績，但是仍然存在較多的問題，對配電網(wǎng)系統(tǒng)仍有一些不良影響。今后對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的研究應(yīng)該進(jìn)一步深入，并不斷探索改善光伏發(fā)電現(xiàn)狀的有效方法，從而促進(jìn)光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張國榮，張鐵良，丁明，等. 具有光伏并網(wǎng)發(fā)電功能的統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器仿真[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2012（7）：82-86.

[2]王成山，王守相. 分布式發(fā)電供能系統(tǒng)若干問題研究[J]電.力系統(tǒng)自動化，2011（20）：1-4.endprint