探析大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響

朱鵬　施大偉　胡明安

【摘要】在電力系統(tǒng)中，大規(guī)模光伏發(fā)電的接入能夠有效的緩解用電緊張的現(xiàn)象，但是，也有可能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行造成一系列影響，在將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的過程中，必須對(duì)這種不確定性進(jìn)行全面的分析，以減少對(duì)電網(wǎng)的消極影響，提高電網(wǎng)的整體功效。本文對(duì)大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】大規(guī)模;光伏發(fā)電;電力系統(tǒng);影響

電力能源是我國(guó)生產(chǎn)與生活之中都不能缺少的重要能源，電力能源對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的作用。隨著各行各業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于電力的需求正在逐漸的增多，發(fā)電的形式也在不斷的發(fā)生變化，如風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、沼氣發(fā)電、核電站和潮汐能發(fā)電等給電力的來源提供了更多的方式。近年來出現(xiàn)了光伏發(fā)電，光伏發(fā)電的產(chǎn)生給人們的生活、生產(chǎn)和學(xué)習(xí)都帶來了很多便利條件，更是緩解了電力能源短缺和環(huán)境污染的問題。

1光伏發(fā)電的基本概念與其工作機(jī)理

1.1光伏發(fā)電的基本概念

光伏發(fā)電主要是借助半導(dǎo)體發(fā)展技術(shù)中的光生伏打效應(yīng)（photovoltaiceffect）把太陽(yáng)光線轉(zhuǎn)換成電力資源的高新技術(shù)，其通常是由太陽(yáng)能電池板、逆變器以及控制器三個(gè)層面構(gòu)成，借助電池串聯(lián)機(jī)理把太陽(yáng)能電池板、逆變器以及控制板相連接，構(gòu)建太陽(yáng)電池組，然后再借助功率控制器等多種裝置推動(dòng)光能轉(zhuǎn)換，以此構(gòu)建光伏發(fā)電裝置。

1.2光伏發(fā)電的主要優(yōu)勢(shì)

光伏發(fā)電作為現(xiàn)階段最具前沿性的發(fā)電措施之一，此種發(fā)電措施和傳統(tǒng)所應(yīng)用的火力發(fā)電方式相對(duì)擁有許多優(yōu)勢(shì)：首先，光伏發(fā)電主要是借助太陽(yáng)光線獲取新能源，所以此種新能源不會(huì)出現(xiàn)枯竭或不足的現(xiàn)象，能夠?yàn)槌掷m(xù)發(fā)展提供充足的動(dòng)力源泉。其次，光伏發(fā)電基本上是借助物理光伏特效應(yīng)發(fā)電，在整個(gè)發(fā)電環(huán)節(jié)之中并不會(huì)出現(xiàn)其他物質(zhì)，可以更好地保護(hù)環(huán)境，防止環(huán)境污染源出現(xiàn)，保護(hù)生態(tài)自然環(huán)境。最后，光伏發(fā)電所運(yùn)用的機(jī)理是產(chǎn)生能源的主要為太陽(yáng)光線，借助物理機(jī)理把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能，以此為電力質(zhì)量提供良好的保障。

2大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響的分析

2.1大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電壓穩(wěn)定的影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)出現(xiàn)影響電壓穩(wěn)定性的原因主要包括兩個(gè)方面：一是電網(wǎng)原本有功和無功負(fù)電荷的變化，二是光伏并網(wǎng)時(shí)是否會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的輸出功率發(fā)生變化。所以，為了盡可能維持光伏在并網(wǎng)時(shí)電壓的穩(wěn)定性，需要仔細(xì)分析、核對(duì)光伏發(fā)電與并網(wǎng)區(qū)域的負(fù)荷是否能夠匹配。若光伏發(fā)電與要并網(wǎng)區(qū)域的負(fù)荷能夠匹配，那么說明光伏發(fā)電的電壓輸出功率能夠滿足并網(wǎng)的要求。若是不匹配，需要采取一定的措施解決這一問題。在電網(wǎng)功率處于負(fù)荷狀態(tài)時(shí)進(jìn)行光伏發(fā)電并網(wǎng)，可使電力系統(tǒng)的電壓相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)而維持整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。但是，如果在光伏發(fā)電與并網(wǎng)區(qū)域的負(fù)荷不匹配的情況下強(qiáng)行并網(wǎng)，會(huì)造成電壓的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)斷電故障?？傮w來說，若是在事前有充足的準(zhǔn)備，做好數(shù)據(jù)的分析、校對(duì)，做好光伏發(fā)電與并網(wǎng)區(qū)域負(fù)荷的調(diào)整措施，在光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)電壓的影響不會(huì)很大。圖1為光伏發(fā)電的原理。

2.2大規(guī)模光伏發(fā)電入網(wǎng)對(duì)功角穩(wěn)定性的影響

所謂的功角是反映發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行以及其穩(wěn)定運(yùn)行余量的重要標(biāo)志。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，為了保證發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控十分必要。雖然光伏發(fā)電自身十分穩(wěn)定，也不會(huì)參與到功角的震蕩中，不會(huì)影響功角的穩(wěn)定性，但是光伏發(fā)電的電源接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)影響電網(wǎng)原來的功率分布、電力傳輸功率等，使其可能相應(yīng)隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性發(fā)生改變。這種變化與電網(wǎng)設(shè)計(jì)之初的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，但是有一定的不確定性。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)光伏發(fā)電接入產(chǎn)生的影響不同，有可能有利也有可能存在不利，需結(jié)合電網(wǎng)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)具體情況具體分析。光伏發(fā)電在并網(wǎng)過程中很有可能會(huì)出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

2.3大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的影響

隨著大規(guī)模光伏發(fā)電并入電網(wǎng)系統(tǒng)后，電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷隨之增多，可能會(huì)影響到電網(wǎng)的質(zhì)量。而非線性負(fù)荷的增加會(huì)使電網(wǎng)逆變器的開關(guān)出現(xiàn)延時(shí)現(xiàn)象，電力輸出產(chǎn)生波動(dòng)。隨著光伏發(fā)電并網(wǎng)的時(shí)間延長(zhǎng)，波動(dòng)變化也會(huì)更加劇烈。光伏發(fā)電的電能是以直流電的方式接入電網(wǎng)中，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的電壓相應(yīng)隨之發(fā)生變化，出現(xiàn)電壓偏差和頻率波動(dòng)的情況，需在實(shí)施過程中引起注意。但是，光伏發(fā)電并網(wǎng)后帶來的不只有負(fù)面影響，隨著大量電能的加入，電量總量也會(huì)增多，能夠在很大程度上緩解用電壓力。

2.4大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)配電系統(tǒng)的影響

光伏發(fā)電的電源在接入電力系統(tǒng)后，會(huì)對(duì)后期配電造成一定影響。第一，因?yàn)槎嚯娫吹膹?fù)雜結(jié)構(gòu)會(huì)影響到配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致故障概率增加;第二，受到變壓器連接方式的影響，逆變器形成的接地回路會(huì)影響電網(wǎng)中的電流和電壓，還會(huì)對(duì)繼電器的保護(hù)造成錯(cuò)誤引導(dǎo)，使其出現(xiàn)不正確的反應(yīng);第三，對(duì)于比較敏感的并電網(wǎng)光伏變換器，需要增加一定的保護(hù)措施，否則會(huì)出現(xiàn)低電壓超越、輸出直流分量超出標(biāo)準(zhǔn)等問題。另外，高密度的光伏發(fā)電系統(tǒng)是由多條或是一條低電配電線路加入相同的主線發(fā)電的，當(dāng)一些電路與高密度光伏發(fā)電系統(tǒng)相同的主線在高強(qiáng)度的電壓下，很容易出現(xiàn)電線短路的情況，而且還會(huì)導(dǎo)致上下級(jí)熔斷器無法配合。

2.5大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)無功電壓發(fā)展的影響

大規(guī)模光伏發(fā)電還有很多正面影響，其中無功電壓屬于一種新型的電力技術(shù)，主要致力于解決電能供應(yīng)過程中由于供電系統(tǒng)電阻過大而導(dǎo)致出現(xiàn)的電能供應(yīng)緩慢問題，需要采取一定的措施以外力電壓補(bǔ)給形式進(jìn)行科學(xué)合理改進(jìn)和完善。無功電壓技術(shù)的出現(xiàn)，可以有效保證電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性。若是與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，能夠在保證電壓穩(wěn)定的同時(shí)為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供支持，最終實(shí)現(xiàn)無功電壓技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。光伏發(fā)電技術(shù)本身具有很好的穩(wěn)定性，能夠在無功電壓運(yùn)行的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)對(duì)雙電源和多電源的同時(shí)使用。光伏發(fā)電技術(shù)與無功電壓技術(shù)在一定程度上起到了相互促進(jìn)的作用。光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用促進(jìn)了無功電壓的發(fā)展與應(yīng)用，而無功電壓技術(shù)帶來的良好效果為光伏發(fā)電的正常運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，兩者正向發(fā)展形成了一個(gè)良性循環(huán)。

結(jié)語

大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行還是會(huì)有一定的影響，如電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、供電質(zhì)量以及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行等。因此，電力研究人員可以多研究光伏電池的模擬實(shí)驗(yàn)，確保大規(guī)模光伏發(fā)電的有效性。

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