浅谈光伏发电接入电网后的问题综述

浅谈光伏发电接入电网后的问题综述

李晓梅

新疆油田公司电力公司（新能源项目部）；所在地邮编：834000

　　摘要：妥善解决光伏发电系统接入大电网后都能安全、高效运行是光伏发电技术大规模工业化应用的关键之一。简要阐述了光伏发电并网问题的研究现状。指出光伏发电大规模并网使大电网在研究与实验验证手段、对光伏发电系统影响大电网的认识、新型配电系统的规划、电网运行控制、电网监测保护与控制装备、技术标准与规范等方面面临新的问题，并提出了应对这些问题的策略。

　　关键词：光伏发电；大电网；风电并网；

　　太阳能发电是传统发电的有益补充，鉴于其对环保与经济发展的重要性，各发达国家无不全力推动太阳能发电工作，目前中小规模的太阳能发电已形成了产业。太阳能发电有光伏发电和太阳能热发电2种方式，其中光伏发电具有维护简单、功率可大可小等突出优点，作为中、小型并网电源得到较广泛应用。　

　　1　光伏并网发电系统对电能质量的影响

　　光伏发电作为新能源发电，对日常生活供电、节约传统能源、保护环境方面做出了巨大的贡献，与传统的火力系统发电比有很多优点，如资源无枯竭危险、安全可靠、无污染、无公害、不受资源分布地域的限制、能源质量高、获取能源花费时间短、建设无需耗费巨大人力和物力等优点。当光伏并网发电系统与电网并网运行时，通常会产生以下问题。

　　1.1　影响电压质量及其控制

　　光伏并网发电系统对配电网和高压输电网的电压质量及其控制均有一定的影响。光伏并网发电系统受日光照射的影响较大，发电量时常变化无常，而配电网中除了通过投切电容电抗器调节电压外，一般很少具有其他的动态无功调节设备，如果该类发电量所占比例较大，其具有的易变性将使配电线路上的负荷潮流也极易波动且变化较大，从而加大了电网正常运行时的电压调整难度，调节不好会使电压超标。

　　对于系统电压的影响程度，取决于光伏并网发电系统的安装位置、容量大小等。当电网内的光伏并网发电系统规模较大时，如果由于日照突变等原因导致光伏并网发电系统的电源突然减少或失去，一般而言，若这部分功率须由当地的配电变压器提供，则该类系统对其母线甚至整个配电网的电压骤降可能起到破坏作用。采用尽量不启动分布式电源的方式来减小电压的变化，在光伏发电设备和配电网中加入逆变器，从而通过降低光伏发电设备的输出功率来减小设备对电压的影响。

　　1.2　谐波污染

　　光伏并网发电系统的直流电经逆变后转换为交流电并入电网时，会产生谐波，对交流电网造成谐波污染。

　　当电网内的光伏并网发电系统规模有限时，如果滤波器的设计良好，由直流电逆变为交流电时所产生的高次谐波对交流电网造成的谐波污染一般能控制在可控范围内。但是，随着今后光伏并网发电系统的逐步推广和发电容量占电网内总发电量比例的上升，有关的谐波管理须得到应有的重视。如果管理不当，来自多个谐波源的能量叠加，有可能达到电能质量不可接受的谐波含量；另外，当系统内含有多个谐波源时，还可能在系统内激发出高次谐波的功率谐振。谐波出现频次较高的母线上加装滤波器，或逆变器上并联接入源滤波器，来减小电压谐波。

　　2　含光伏电源的智能配电网规划

　　光伏发电系统的接入将给常规配电网规划带来诸多影响。用户侧分布式电源的大量接入不但使负荷增长和分布情况难以预测，还会对配电网结构产生深刻影响。而分布式电源的多样化，还使电源结构的设计和协调成为需迫切解决的问题。

　　含光伏发电系统的配电网规划与设计是一个综合性课题。相关专家和学者针对光伏接入点、电源规划模型和网络规划思路进行了研究，但这些研究大多停留在理论阶段，还没有形成针对光伏发电特性的并网规划设计技术原则和规范。

　　在建设智能配电网的运行框架下，如何合理规划含光伏发电系统的智能配电网是今后必将面临的问题。应将智能终端优化配置、微网用户负荷模式分析、系统结构优化方法等关键内容与光伏电站建设规划和出力预测等相结合，从规划思路、流程、内容、方法等方面进行扩充和改进。

　　3　优化调度与协调运行

　　光伏并网发电系统首先应满足区域内负荷用电，必要时还可以通过新型配电网能量管理系统实现全网能量优化调度和经济运行。通过采用灵活的电力调度，使多种工况（如光照充足、光照不足、阴雨或夜间等）下的系统始终运行在最优方式下。

　　在实际中，配电网很可能面临大规模高渗透率的分布式光伏电源接入，甚至是多种不同类型的分布式电源接入，因此，应研究大规模分布式光伏电源接入后对配电网的影响，探讨配电网对此类大规模分布式电源的消纳能力以及光伏电源出力与配电网主电源出力平衡的协调控制策略和方法，如利用光伏电源对配电网实现调峰控制等。另一方面，还需深入研究分布式光伏电源与多种分布式电源的协调运行问题，其中最典型的就是风光储互补发电系统。

　　多数地区在风力资源旺盛季节的风电输出常显著高于用电需求，在风力资源较差季节的输出则反之，而光伏发电的供电保证率更好，电能输出较风电稳定得多。风光储互补发电系统正是利用了太阳能和风能发电资源的互补性，并考虑对分布式储能装置的应用，使电能输出更可靠。因此，有必要对这种混合式可再生能源分布式发电系统的协调运行问题进行深入研究，并分析其互补综合效益。

　　在高级配电运行框架下，可开展可再生能源分布式发电系统的互联和接口研究、混合式并网发电系统的工作模式研究以及在不同负载、不同电网电价波动情况下的最优控制策略研究等。

　　4  含光伏电源的智能配电网规划

　　光伏发电系统的接入将给常规配电网规划带来诸多影响。用户侧分布式电源的大量接入不但使负荷增长和分布情况难以预测，还会对配电网结构产生深刻影响。而分布式电源的多样化，还使电源结构的设计和协调成为需迫切解决的问题。

　　含光伏发电系统的配电网规划与设计是一个综合性课题。相关专家和学者针对光伏接入点、电源规划模型和网络规划思路进行了研究，但这些研究大多停留在理论阶段，还没有形成针对光伏发电特性的并网规划设计技术原则和规范。

　　在建设智能配电网的运行框架下，如何合理规划含光伏发电系统的智能配电网是今后必将面临的问题。应将智能终端优化配置、微网用户负荷模式分析、系统结构优化方法等关键内容与光伏电站建设规划和出力预测等相结合，从规划思路、流程、内容、方法等方面进行扩充和改进。

　　5　结语

　　太阳能发电是传统发电的有益补充，鉴于太阳能发电对环保与经济发展有重要意义，各个国家都在全力推动太阳能发电工作，光伏发电装置因为对环境要求低、易于操作、便于维护、发电量高等优点，被广泛应用，从长远来看可能在我国电力发展中占据主导地位。随着光伏发电技术的成熟和发电成本的不断下降，除了在经济政策和法规方面外，在技术层面妥善解决光伏发电系统接入大电网后两部分都能安全、高效运行这一重大问题，成为决定光伏发电技术大规模工业化应用的关键。今后应将光伏发电作为一种重要的分布式电源，纳入建设智能配电网的总体研究框架中。从基础问题入手，以高层次优化应用为目标，以良好的实验环境为科研平台，进一步开展多方面实用化研究，以满足智能配电网的发展需求。

　　参考文献

　　[1] 刘利成.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[J].电网与清洁能源，2008,24（4）:23-25.

　　[2]我国未来光伏电池产业和市场发展的估计[EB/OL].[20090301].http://www.solarchina.cn.

　　[3]太阳能发电光伏系统的组成[EB/OL]. [20090302]http://www.solarchina.cn

　　[4]林勇.太阳能光伏并网发电系统.上海电力,2005,(1):4953.

　　[5]太阳能从小打小闹发展到大规模发电[EB/OL]. [2009 302]http://www.solarchina.cn