光伏发电问题及对电力系统的影响杨阳

光伏发电问题及对电力系统的影响杨阳

杨阳

（柳州电力勘察设计有限公司广西柳州545000）

摘要：随着我国社会经济的不断发展，电能作为一种十分重要的资源，其在人们的生活中占据十分重要的作用。同时，我国的资源也在社会发展中逐渐面临枯竭的现象，在这一背景下，光伏发电系统的应用可以有效解决这一问题。本文就对光伏发电问题及对电力系统的影响进行深入探讨。

关键词：光伏发电；电力系统；影响

社会经济的不断发展给人们带来诸多便利和好处的同时，也使得我国经济发展面临着资源枯竭、环境污染的不良境地。同时，社会经济的不断发展对各种清洁能源、可再生资源的需求量愈来愈高。例如，很多国家都开始应用太阳能以及风力等进行发电，确实发挥了良好的经济效益。作为一种新的发电方式，光伏发电的应用使得人们对电力系统的调度和控制工作等也更为重视。下面，笔者将对大规模光伏发电技术进行深入探讨。

1、光伏发电并网的概述

太阳能光伏发电就是指相关工作人员利用太阳能电池组件，在充分利用半导体材料电子学特性的基础上，将太阳光能转化成电能。而并网发电系统要通过光伏数组等将所接收到的太阳能敷设能量转化成高压直流电，然后再通过逆变器转变生成正常的正弦交流电。为了充分发挥光伏发电系统的作用，国家电网公司已经出台了多项政策，努力支持光伏发电项目的进行。光伏发电并网具有很多的优势特点:第一，大大节省了蓄电池的储能;第二，光伏阵列可以在最大功率处运行，太阳能的发电效率较高;第三，光伏发电并网的收益率较高，而分散布置的光伏系统也能够为用户提供更多的电能，从而有效缓解电网传输与分配的负担;除此之外，光伏组件能够与建筑物结合起来，在发电的同时，也增加了建筑物的美观性。

2、大规模光伏发电系统的建模

2.1光伏电池和其阵列模型

这样的模型建立基于单二极管模型，其中是根据基尔霍夫原理来建立相应的光伏等效电路，同时对其中的理论计算公式进行简化，并且利用不同的光伏发电系统中的短路电流、开路电流、最大功率点电流和最大功率点电压等技术参数，来得出合适的模型表达式，以此来应用到相应的工程计算当中，一般情况下，其中的光伏阵列模型需要根据光伏电池模型和串并联关系组合得出，但是其中需要注意的问题是光伏阵列的光伏组件差异和遮挡等情况，会对P-V特性的多峰值和光伏阵列逆变器模型的建立造成一定的影响。

2.2并网换流器及内环控制模型

换流器对光伏发电系统单元的暂态并网特性有着直接的影响，目前比较常用的换流器控制方式主要是内外环结构的双环控制方式，一般情况下，换流器的外环控制主要是以电压输入为主，并且经过控制环节生成内环控制的电流参考值，来对换流器的并网方式和外特性进行确定；在换流器的内环控制当中，主要以电流的出入为主，同时以外环控制生成的电流参考值作为基准，在控制环节当中，通过相应的换流器，来实现电流进入公共电网。

2.3光伏发电的动态模型

在对光伏发电系统的动态模型进行建立的过程中，需要利用发电系统中各个组成部分的状态方程，来建立相应的方程组，并且将逆变器和MPPT的控制转化为相应的状态方程，这样两种状态方程相互结合，可以形成一个全新的方程组，以此来建立相应的光伏发电系统的动态模型。

2.4光伏发电系统的稳态模型

在光伏发电系统当中，由于逆变器的双环控制模式，可以实现以电压或者电流的方式来接入电网，在这样的情况下，在潮流计算当中可分别处理为有功输出、并网节点电压恒定的PV节点或入网电流恒定的PI节点；一般情况下，功率因数为1的光伏发电系统需要安装无功补偿装置，而节点的电压幅值与电容器等补偿装置的无功输出有着直接的关系，在进行潮流计算的过程中，如果需要对光伏发电系统的内部进行计算，就需要建立相应的潮流方程，在这种潮流方程当中，需要包含光伏阵列、逆变桥和变压器等稳态模型。

3、大规模光伏发电对电力系统特性的影响

3.1对有功频率特性的影响

大规模光伏发电的光伏系统具有着很多特性，如外出力随机波动、电源为静止元件、低电压穿越具有无功/有功特性、电源的抗扰动能力与过负荷能力较差等，这不仅使得电力系统在光伏接入后发生了稳态或暂态特性的变化，还对电力系统的规划与运行造成了影响。在大规模光伏发电的情况下，光伏系统电力的随机波动性会不断的冲击系统平衡，对电力系统的有功经济调度与调频非常不利，一旦频率越限，系统所承担的风险也会大大增加。同时，光伏接入还改变了电网的网架结构，使其从单电源转变为了多电源，这使得电网潮流更加复杂多变、难以控制，配电网的电压质量也会随之受到影响。此外，大规模光伏发电对电压稳定性与电压频率同样也有着一定的影响。

3.2对无功电压特性的影响

基于光伏发电系统的运行特点，一般情况下，规模较大的光伏发电系统需要在海拔较高，同时日照时间较为充足的沙漠或者戈壁滩等地区进行建立，另外，这个地区中的人口数量相对来说较少，对电力的需求量也会较小，在这样的情况下，电力的负荷水平较低；一般情况下，在光伏发电系统当中，不会存在较大的电网短路容量，这些由光伏发电系统所产生的电能都需要借助高压，来进行远距离电能输送，在这样的过程当中，会出现相应的随机波动，这些随机波动的有功出力会对电网的无功平衡性造成一定程度的影响，这样的影响也会导致输送电能的母线电压产生较大幅度的波动，对电网的整体平衡性产生较大的影响；另外，目前的大规模光伏发电系统自身的无功电压支撑水平有限，在这样的情况下，光伏发电系统会对电网系统中电压的质量造成一定程度的影响，在严重的情况下，可以造成电压幅值越限。

3.3对电能质量的影响

光伏大规模的接入电网，导致电网内部电力电子元件的数量逐渐增加，提升了系统的信息化和智能化处理。但是也对容易产生污染现象，一旦产生污染现象会导致整个电网系统内部的电能质量下降。为了进一步掌握对电能质量的影响，采用逆变器开关速度为例进行深入分析，最终发现在大规模光伏发电中逆变器开关速度的整体缓慢，会对电网系统内部的整体动态性能输出带来影响，产生小范围的谐波，在外在阳光照射的因素下，会出现输出功率较低，变化幅度较大的情况，更加促进了谐波变化范围的拓展。目前，从国内外大型光伏电站运行经验中发现，单一的并网逆变器的输出电流谐波较小，但是多台并网逆变器并联后输出电流的谐波会产生叠加，从而形成输出电流超标的现象。此外，经过多年的实践工作经验，发现大规模光伏发电在日常工作过程中会产生逆变器并联的现象，该种现象的产生会导致耦合效应，从而降低并网逆变器控制回路的宽带和稳定裕度，最终产生并网电流谐波含量超标的问题。

3.4对配电系统保护的影响

光伏电源接入配电网后由于光伏电源自身规模因素，其对整个配电网内部特征会产生一定的影响，从而造成继电保护和自动装置缺失的问题。根据自身工作经验和目前国内外对该方面的研究现状，其主要表现在以下几个方面。第一，大规模光伏发电网架结构在其基本组成结构上采用的是双电源、多电源等复杂拓扑结构，而该种结构的在光伏电网电力输出的过程中会使整个电网的电流产生变化，其表现形式为大小、方向和时间。因此，容易造成馈线保护失误，装置误动和拒动的故障。第二，光伏电源接入配电网后改变了配电网中原有的变压器连接方式，从而使得变压器与逆变器之间的回路产生变化，造成电路中零序电流增大，对整个电网的保护动作特性带来影响。

4、结语

大规模光伏发电系统的建模与仿真分析进一步的为光伏介入对系统动态和稳态特性的影响分析奠定了基础。笔者根据自身工作经验和目前国内外研究资料，总结了大规模光伏发电对有功频率特性、功角稳定性的影响及对电能质量、配电系统保护等造成的影响。

参考文献

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