光伏发电对电力系统的影响及管控措施

光伏发电对电力系统的影响及管控措施

徐胜勇

滨州热力有限公司 山东 滨州 256600

摘要：在电力系统的发展过程中，光伏发电的出现为电力行业的发展带来了新的契机。随着光伏产业技术的不断进步以及光伏发电具有环保、建设周期短等优势，我国光伏发电得到了快速发展。但光伏发电仍存在发电成本高、发电效率偏低等问题，尤其对于平价光伏项目，发电效率是影响项目经济性的重要因素。本文对影响光伏发电系统效率因素进行了简要分析，并在项目选址、设备选型、项目倾角等设计方面，提出了提升发电效率的策略，以增强光伏项目竞争性。

关键词：光伏发电；电力系统；影响；管控措施

引言

光伏发电作为最早被开发利用的清洁能源。随着光伏装机容量的增加，电力系统的运行特征也将发生变化，这对电力系统的运行提出了更高要求。光伏的大规模接入也使得系统的可靠运行面临巨大挑战。相比于传统的化石能源机组，光伏发电具有不确定性，即存在电力负荷高峰时无法提供有效电力支撑的可能，因此在一定程度上也可能导致电力缺额的危机，影响到电力系统的可靠性。

1光伏发电系统的组成

其基本组成部分是光伏方阵，而光伏方阵则包括以下构件：①通变器，②控制器，③蓄电池组。其中，控制器有不同的光伏组件构成，后者则是光伏发电系统最重要的构件之一。而光伏电池则构成了光伏组件，太阳能便是通过光伏电池的转换，最终成为可以被利用的电能，即可以被直接利用的直流电。同时，转换而成的电能还能够在逆变器的转换下，为电力需求者提供可以直接利用的交流电。通过上述分析不难看出，光伏发电可以将太阳能及时转换成为电力，并且也能够被及时利用。除此之外，剩余的电力还能够储备在蓄电池内，以备其他场合或者需要时利用。分布式光伏发电并网。配电网由不同的构成组件，主要包括以下部分：一杆塔配电变压器，二架空线路，三电缆，四隔离开关，五无功补偿电容，除此之外，还包括部分附属设备。其运行过程中，当地发电站将电力输送给配电网，然后依靠相关配电设备向电力需求方供应电力，可以是就地分配，也可以是根据电压逐级分配。在通常情况下，配电网的设计方法可能是开环、也可能是闭环，呈现出辐射状态。在将其接入电网之后，便能够达到及时发电与用电的目的，同时以多电源结构取代辐射状的结构，而在这种情况下，无论是短路电流分布、大小，还是流向都会出现相应的变化。

2光伏发电对电力系统的影响

①光伏发电接入对台区用户的影响：光伏发电接入可以对台区用户就近供电，光伏发电客户附近的用户可以优先使用“绿色光伏电能”，使光伏发电就地平衡。②光伏发电接入对电压质量的影响：光伏发电并网的有功电能可以供广大用户使用，但是逆变器中的元器件，大都采用半导体材料无功分量的加入会导致电力设备损耗增加，电网出力受到影响，对电压质量管控造成一定影响。同时光伏发电系统受昼夜太阳辐射变化的影响较大，具有间歇性、随机性等特点，其发电供电功率也会出现同样的波动。③对频率的影响：光伏发电系统逆变器中含有大量的电子元件，在直流逆变为交流时不可避免地会产生谐波，对电网造成谐波污染。如果电网中含有多个并网光伏谐波源，还有可能会产生高次谐波的功率谐振。

3光伏发电对电力系统影响的管控措施

3.1提升新型电力系统的电力平衡能力

在光伏接入环境下，系统净负荷特性发生变化，尤其是系统净负荷高峰时刻与传统认为的负荷高峰时刻有所不同，调度机构需识别系统净负荷高峰，优化外来电、气电和储能等灵活调节资源，制定合理的调度计划，提高新型电力系统平衡能力。开展风光水气储短期协同联合优化，实现风光水气储一体化互补调节，保障多时间尺度电力供需平衡。

3.2合理设计和布局

在光伏电站设计阶段，根据站址所在地的太阳能资源情况合理估算辐射强度，考虑电站系统设计、方阵布置和环境条件等各种因素后选取最佳倾角。光伏组件最佳安装倾角随着地区和季节等因素的不同而变化。固定倾角光伏阵列安装后倾角不再改变，如设计安装跟踪系统，即通过支架系统的旋转，跟踪太阳入射方向，使光伏方阵受光面接收尽量多的太阳辐照量，可大大提高光伏系统发电效率，实现增加发电量的目的。实时跟踪系统建设成本较高、运行维护频繁、日常维护成本高。因此，可以对固定倾角、多种周期倾角调整等方案进行比选，综合考虑辐射情况、发电量增加及成本投入等因素，对各方案进行经济效益评估比选，确定最佳调整倾角周期和组件间距最优值，在提高发电量的同时提升经济效益。

3.3光伏电站规划技术

①从整体规划布局入手，光伏电站容量规划中，独立光伏系统较为常见，要借助直观类方式、人工智能优化算法等解决系统容量规划问题，要在分析系统可靠性的基础上，利用函数分析模拟方式评估其可靠性和光伏电站规划容量的关系，从而有效计算满足电站规划容量参数，全面评估运营检修成本、生命周期内投资成本等。②在大规模并网光伏电站接线拓扑结构中，集中式、组串式以及微逆变器式都较为常见，基于安全可靠的综合考量，要明确设备选择和接线处理模式。并且，有效衡量光伏发电和电力系统充裕度、安全性之间的关系，确保置信容量能有效量化光伏发电的容量价值。

3.4充分运用需求侧资源

随着电力需求侧管理技术的不断发展，对负荷侧进行管理是维持电力系统平衡的重要手段，通过采取各种措施引导用户优化用电方式，不仅可以平抑用电负荷的波动性，减小负荷的峰谷差，提高电网利用效率，还可以通过调动负荷侧的响应资源来满足系统灵活性需求，保障系统的安全、可靠运行，促进更多可再生能源的利用。

3.5进一步完善相关标准

对光伏发电系统防孤岛保护和低电压穿越协同等功能进行完善，提升光伏发电与电网的继电保护协调性。提升光伏发电并网逆变器技术要求，提高光伏发电的频率、电压、电能质量等方面的并网适应性。

3.6强化运维管理

一是积灰、积雪等会影响直接辐射量和散射辐射量，同时长时间积累会因空气湿度增加黏粘性而难以清除；二是长时间积累、密度过大会造成组件透光率下降，输出电流降低，进而影响发电效率。因此应结合站址气候进行清洗实验，对积雪覆盖组件时长、光伏组件表面灰尘积累量等进行定量对比，分析其对组件的影响，合理制定清洗、除雪方案，及时清洗光伏组件。定期进行设备巡视和维护、及时排除设备隐性故障，提高设备故障处理效率，尽量减少电量损失。

3.7光伏并网电能质量评估与控制

和西方国家相比，中国在该工程项目建设的数量和规模总体上依然较小，不过目前，相关部门已经为分布式电源的接入制定了相关标准。在配电网中接入分布式电源时，交流电必须能够达到相关标准，同时还必须有效监视和管治电力输送情况。除此之外，电力企业还必须确保电网参数达到标准要求，从而为输送高品质的电能提供有力保障。

结束语

综上所述，在光伏发电系统设计和维护过程中，应综合考虑站址区域太阳能资源情况、气候、环境条件等因素及其影响。以及施工建设、运行维护等方面，通过充分利用自然资源、科学选址，整合技术方案、优化设计、优选设备，强化施工管理和运维管理等措施的实施，提升发电系统稳定性和可靠性，提高光伏系统实际发电效率，增加其生产运营期发电量，提升光伏电站经济效益和经济性，同时为光伏发电持续、稳定发展提供坚实基础。

参考文献

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