大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響綜述

王曦瑩 尹乙臣

摘 要：本文首先對光伏發(fā)電并網(wǎng)定義和優(yōu)點作出概述，然后結(jié)合國內(nèi)外研究成果，著眼于光伏發(fā)電和電力系統(tǒng)之間的聯(lián)系，對大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響進行分析，并提出幾點未來研究重點建議，希望對業(yè)內(nèi)研究可以起到參考作用。

關(guān)鍵詞：大規(guī)模光伏發(fā)電；電力系統(tǒng)；電壓穩(wěn)定性

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0138-01

隨著節(jié)能意識的不斷提升，太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等技術(shù)得到了全社會的廣泛關(guān)注，這些發(fā)電方式更具清潔性，光伏發(fā)電在新能源發(fā)電中占有重要地位，對于電力系統(tǒng)來說，大規(guī)模光伏發(fā)電對其具有重要影響，但是在并入電網(wǎng)過程中，可能會產(chǎn)生一些問題。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)概述

利用光伏電池，光伏發(fā)電系統(tǒng)可以產(chǎn)生電流，然后將電流送入變壓器和逆變器，和電網(wǎng)實際需求進行結(jié)合，可以讓公網(wǎng)得到電能傳輸。在此過程中，并不需要經(jīng)過蓄電池的儲能，可以在最大程度上控制能源消耗，讓電能利用率得到提升，同時，利用光伏數(shù)組可以完成太陽能到電能的轉(zhuǎn)換過程，逆變器可以進一步轉(zhuǎn)換電流。光伏系統(tǒng)具有良好的發(fā)電效益，可以減緩當前電力需求與電力供應(yīng)之間的緊張局勢，且具有環(huán)保效益。

2 大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響

2.1 無功電壓特性

大規(guī)模光伏多集中接入在荒漠地區(qū)與戈壁地區(qū)，如果當?shù)刎摵伤较鄬^低，且接入地區(qū)電網(wǎng)電路容量相對較小，那么利用高壓輸電網(wǎng)，可以遠距離外送大量光伏電力，但是隨機波動有功出力會穿越到近區(qū)電網(wǎng)和長輸電通道，會讓電網(wǎng)無功平衡特性受到影響，讓光伏電源無功電壓支撐能力減弱，周林等人針對此現(xiàn)象進行研究，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電可能會形成電壓失穩(wěn)風(fēng)險，且光伏接入會讓電網(wǎng)輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可能會影響到配電網(wǎng)電壓質(zhì)量，和光伏接入規(guī)模與接入位置[1]。

2.2 有功功率特性

在Egashira R和Tsuji等人通過試驗?zāi)M，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電會對有功功率造成影響，作者指出，光伏電力本身具有頻繁且大幅的隨機波動性，會沖擊系統(tǒng)有功平衡，讓一次調(diào)頻和二次調(diào)頻受到影響，且會改變系統(tǒng)備用優(yōu)化策略，常規(guī)機組等多類型電源有功頻率協(xié)調(diào)控制和調(diào)頻參數(shù)整定需要滿足適應(yīng)性要求。而我國國內(nèi)學(xué)者也通過實際調(diào)查指出，在極端工況條件下，可能會讓頻率發(fā)生急劇變化，可能會讓低頻減載安控、高頻切機安控得以觸發(fā)，進而影響整體有功功率。

2.3 功角穩(wěn)定性

日本學(xué)者對當?shù)卮笠?guī)模光伏發(fā)電進行研究，發(fā)現(xiàn)在大規(guī)模光伏接入后，電網(wǎng)原有潮流分布會發(fā)生轉(zhuǎn)變，會讓系統(tǒng)等效慣量得以減小，除此之外，故障穿越期間光伏和常規(guī)機組動態(tài)支撐性能具有差異性，在接入光伏后，可能會改變電網(wǎng)功角穩(wěn)定性，電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)采用的光伏電源控制技術(shù)與光伏并網(wǎng)位置決定了變化情況，對此進行確認時需要利用仿真分析實驗。結(jié)合實際情況，我國第一個百萬千瓦級青海光伏基地在集中接入之后，使得通道潮流均勻分布發(fā)生改變，最后，通過切除光伏電源并配置動態(tài)無功補償?shù)姆椒ㄊ蛊浒踩缘玫教嵘Ｔ贏chilles S等人的研究中，指出系統(tǒng)運行點會受到波動光伏出力的影響，系統(tǒng)阻尼會發(fā)生變化，通常情況下，穿透率大小、接入位置情況會影響到原振蕩穩(wěn)定性，在該研究中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)振蕩特性會受到主動孤島檢測的影響，將光伏發(fā)電系統(tǒng)滲透入網(wǎng)方式進行比較，發(fā)現(xiàn)分散方式和集中方式相比對振蕩穩(wěn)定具有更好的效果。

2.4 配電系統(tǒng)保護

張璐等人對我國西北部大規(guī)模光伏發(fā)電進行模擬實驗，發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)在光伏電源接入之后，會改變配網(wǎng)故障特征，會影響到繼電保護與自動裝置。其具體影響主要表現(xiàn)在四個方面：（1）依照變壓器連接方式，連接變壓器的逆變器會額外形成接地回路，會讓零序電流受到影響，可能會讓繼電保護動作特性發(fā)生改變；（2）利用單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，可以將網(wǎng)架結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫磸?fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)與雙電源復(fù)雜拓撲結(jié)構(gòu)，改變故障電流方向、大小和持續(xù)時間；（3）如果PV系統(tǒng)反孤島保護功能沒有協(xié)調(diào)配合自動重合閘等裝置，那么就可能讓非同期合閘情況出現(xiàn)；（4）在配電系統(tǒng)中，變電站備用電源自投裝置和線路三相一次重合閘會受到影響，為讓非同期合閘現(xiàn)象得到規(guī)避，如果接入線路、母線經(jīng)過逆變器并網(wǎng)進行接入，那么逆變器反孤島保護最大動作時間需要小于三相一次重合閘啟動時間或須備用電源自投斷路器動作時間[2]。

2.5 電能質(zhì)量

董偉杰等人對間歇式電源并網(wǎng)環(huán)境下電能質(zhì)量問題進行研究，發(fā)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電會對電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量造成影響。在接入大規(guī)模光伏之后，電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用了多樣化的電力電子裝置，讓大量非線性負載得以融入，可能會污染電力系統(tǒng)，讓電能質(zhì)量出現(xiàn)問題。主要體現(xiàn)在三個方面：（1）在大規(guī)模光伏集中并網(wǎng)時，可能會出現(xiàn)電流諧波疊加問題；（2）會延緩逆變器開關(guān)速度，可能讓輸出失真，讓諧波產(chǎn)生；（3）在太陽光變化劇烈且輸出功率相對較低的條件下，可能會有很大諧波產(chǎn)生。

除此之外，我國學(xué)者羅鳳章著眼于并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)數(shù)字控制，建立了多臺逆變器穩(wěn)定性與諧波問題的相關(guān)模型，對此進行研究，發(fā)現(xiàn)有電網(wǎng)阻抗耦合效應(yīng)存在于大型光伏電站逆變器并聯(lián)系統(tǒng)中，這種耦合效應(yīng)可能會讓穩(wěn)定裕度降低，影響電能質(zhì)量；同時，如果利用長距離輸電線纜來讓弱電網(wǎng)和光伏電站實現(xiàn)連接，那么濾波電容可能會讓諧振出現(xiàn)[3]。對此，學(xué)者提出多樣化解決措施，即增強逆變器拓撲結(jié)構(gòu)合理性、安裝隔離變壓器、檢測補償、電容隔直、利用虛擬電容法。

3 相關(guān)建議

參考當前大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響研究，結(jié)合實際情況，可點明今后的研究重點。第一，需要研究大型光伏電站等值建模方法與相關(guān)理論，在此過程中，需要對光伏陣列、并網(wǎng)拓撲、換流器組合方式和變壓器參數(shù)予以考慮；第二，需要對高壓交直流外送、大規(guī)模光伏集中接入等多種場景進行研究，對規(guī)?；夥?、大電網(wǎng)動態(tài)特性交互作用機理進行分析，以此來明確大規(guī)模光伏接入后，大電網(wǎng)安全性與穩(wěn)定性受到的影響；第三，需要對光伏規(guī)?；尤牒蟮淖詣友b置、保護方案和自動化系統(tǒng)適應(yīng)技術(shù)進行研究；第四，需要對大規(guī)模光伏接入、外送適應(yīng)性受到的現(xiàn)有三道安全防線的影響進行研究。

現(xiàn)階段，我國大規(guī)模光伏外送輸電技術(shù)、光伏消納有功無功將控制技術(shù)均有很大的改善空間。對此，業(yè)內(nèi)還需對新型輸電技術(shù)輸送光伏波動性能源社會效益、經(jīng)濟效益進行分析，需要對其運行技術(shù)進行研究；同時，業(yè)內(nèi)需要對大規(guī)模光伏輸電系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則、優(yōu)化技術(shù)進行分析，對動態(tài)性能光伏接入送端電源結(jié)構(gòu)進行研究；針對大規(guī)模光伏發(fā)電的未來發(fā)展趨勢，需要對大規(guī)模分散式接入智能配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)做出進一步研究，主要包含了光伏電站布點設(shè)計、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法設(shè)計、微網(wǎng)模式設(shè)計等；需要對光伏接入后的安全評估技術(shù)和提升供電效果決策輔助技術(shù)進行研究。

4 結(jié)語

綜上所述，大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在無功電壓特性、有功功率特性、功角穩(wěn)定性、配電系統(tǒng)保護和電能質(zhì)量這五個方面，結(jié)合當前實際情況，在未來需要對大型光伏電站等值建模方法、伏規(guī)?；尤牒蟮淖詣友b置、大規(guī)模光伏輸電系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化原則等方面做出進一步研究，以提升我國大規(guī)模光伏發(fā)電技術(shù)水平，取得更大的社會效益與經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]周林，邵念彬.大型光伏電站無功電壓控制策略[J].電力自動化設(shè)備，2016，36（04）：116-122+128.

[2]張璐，唐巍，叢鵬偉.含光伏發(fā)電的配電網(wǎng)有功無功資源綜合優(yōu)化配置[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（31）：5525-5533.

[3]羅鳳章，米肇豐，王成山.并網(wǎng)光伏發(fā)電工程的低碳綜合效益分析模型[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38（17）：163-169.