新能源光伏发电并网问题研究

新能源光伏发电并网问题研究

赵志新 

中国水利水电第九工程局有限公司  贵州省贵阳市 550081

摘　要：我国的太阳能发电产业正从迅猛发展阶段转向注重质量效益的新阶段，这种清洁能源正在越来越有效地支撑国家与社会的持续进步，并为实现能源构成的转型及履行“碳达峰、碳中和”承诺提供动力。在充分发挥太阳能潜力的过程中，深入探讨并完善光伏发电进入电网系统的方式尤为关键，这关系到电力供应体系的未来发展水平。本研究聚焦于目前光伏并网领域的挑战，并在此基础上，提出了旨在改善的策略和建议。

关键词：新能源；太阳能；光伏发电并网

在中国高品质发展的新时期背景下，能源构成的优化和二氧化碳排放量的控制成为伴随着经济增长的核心议题。2020年9月，习近平主席作出了重要承诺，即中国将努力在2030年前达到碳排放峰值，并在2060年前实现碳中和。面对这样的宏伟蓝图，发展零排放或低碳排放的可再生能源成为实践这一“双碳”目标的关键路径。在此过程中，太阳能发电，尤其是光伏发电系统，预计将扮演更为核心的角色，推动绿色能源的前进。

1新能源光伏发电的现状及发展

1.1光伏发电优点

光伏太阳能发电技术展示了几个明显的优势：（1）太阳能是一种不会耗尽的可再生资源，它几乎不受地理位置的限制，能够在多样化的环境下应用，尤其是BIPV（建筑集成光伏），这在当前光伏产业中极受关注；（2）光伏发电拥有灵活的配置能力，其容量大小可以根据需求调整，且分布式光伏能够独立于主电网运行，非常适合那些偏远地区而电网无法覆盖的小型负荷需求，从而有助于解决这些区域的电力供应问题；（3）光伏系统的运行机制直接且高效，没有使用运动部件，几乎没有自身能耗；（4）此外，光伏发电系统特别稳定和安全，需要的维护工作极为简便，能长久地工作超过25年；（5）经过多年的持续发展和技术进步，特别是在逐步减少的政府补贴政策驱动下，光伏产业近期已经进入了跟传统能源电力相比具备竞争力的平价时期，且电力成本预期将继续降低。

1.2光伏发电影响力逐步扩大

我国的生产活动加速和科技进步带来了对电力需求的持续增长，良好且科学的能源体系及多元化电力供应对国家电网的稳定性至关重要。在这一过程中，太阳能光伏发电展现了其对于缓解电力供应超负荷问题的潜力，且随着更多光伏发电设施的并网，反向促进了光伏产业链的发展，同时对我国新能源行业的进步和能源配置的持续改善产生了积极影响。

一套标准的光伏发电安装通常包括光伏板、逆变器、汇流箱、变压器和SVG等部件。光伏面板的效能不仅与其制造商、型号和批次等固有属性相关，还受到太阳光照度、周边环境温度、板的朝向角度、安装倾斜度以及电路串接方式等多种外部条件的影响。因此，初始的电能品质在运作时存在一定程度的波动性，这种波动基本上是不可能完全根除的。必须依靠电力转换和配电装备如逆变器和变压器中的技术改良来尽量进行质量提升。如果不进行适当的管理和控制，这些波动在并入主电网时可能会造成诸多典型的电网影响。

2光伏发电并网技术应用

2.1对电网局部电压的影响

光伏发电作为一种清洁能源设施，其电力输出本质上存在着不规则性。在所有影响因素中，太阳光的照射强度最为关键，影响太阳能板的发电性能；其次，外部环境的温度也扮演重要角色。这两个因素的变化导致光伏系统产生的电压和输出功率呈现波动，当这种波动注入主电网时，同样的，网内部的有功和无功负载亦将受到波动的影响。光伏发电的波动效应累积起来可能会对电网中的局部电压水平造成影响，为了调控电压水平，一个常见的解决方案是在配电网络中对电容器和电抗器进行投入或切除操作。为了最大限度地减少这种电压波动对电网的影响，关键在于在设计阶段就预见并分析光伏发电输出与电网负荷之间的搭配程度，并在光伏系统实际运行中通过不断的优化，提高其稳定性。

2.2谐波对电网的冲击污染

谐波的产生通常与通过逆变器将光伏模块的直流电转换成交流电的过程有关。随着光伏发电量的扩大，越来越多的并网光伏系统意味着电网要处理更多非线性载荷，它们相较于传统电源可能带来更低的电能品质。这样的增长有可能导致谐波扰动，甚至在一些规模较小、不产生显著谐波污染的地方，电力供应品质也可能有所不同。特别是在同一个变电级别的区域内，多个或不同类型的波动电源接入可能导致谐波之间的相互作用，进而可能引发次级谐波效应。这就对滤波设施的设计与运用提出了新的挑战，需确保能够有效地减少高次谐波对交流电网的潜在干扰，以使其维持在用户装备所能容忍的水平之下。

2.3对末端配电系统的影响

一般而言，在电力网络中，配电系统承担着在供电链的最终阶段将电力传递给消费者的角色，通常这一系统电压较低，且主要面对的是负载需求而没有电力来源。然而，当分布式光伏发电单元并入电网，特别是连接至低压级的配电系统时，情况便发生了转变。在此种布局下，光伏单元与传统电网一起为负载提供能量，令原来单一方向的配电系统升级成为既能收集也能输送和分配电能的复合型系统。此变化通常要求对现有继电保护系统进行更新和调整，以便它能够应对双向流动的电流。如果光伏系统未能与继电保护设备有效结合，或者电网的其他并联支路部件发生故障，配电系统可能面临错误操作或不当反应的风险。

2.4电网孤岛现象的区域性表现

所谓的孤岛效应（Islanding Effect）描述的是这样一种场景：在主电网发生失压或断电的情况下，并联在电网上的光伏发电系统依旧能够对接近的电网部分继续提供电力。这一效应虽然听起来可能具有一定的自给功能，但实际上它隐含着安全风险以及损害电力设施的可能性。在孤岛效应发生时，若电网重新获得供电（复压），用户设备可能会因为电源的相位不匹配而遭遇剧烈冲击或遇到电压波动等紧急情况。这种影响可能会对电力的质量造成严重损害。

3新能源光伏发电并网优化策略

3.1建立全面的太阳能光伏接入电网标准与规则

为了有效地管理和规范新能源光伏发电系统接入电网的过程，关键在于首先设定一个全面的目标，并据此制订出科学、合理的规范体系。此外，应建立专门的监管机构以确保规范得到遵守。针对不同类型的光伏发电系统，如集中式光伏、分布式光伏、独立式系统以及建筑一体化光伏（BIPV），应制定差异化的政策措施，确保每一类系统的特殊需求和挑战得到妥善处理。同时，需制定和实施符合现代标准的设计、建设和管理方案，以便提高整个系统的性能和效率。

3.2.开展大型电网影响因素的探究

优先考虑的是提高对光伏发电系统及其与主电网之间交互作用的机理进行深奥的探究。这项研究需要覆盖多个领域，包括但不限于控制系统的工作原理、运行机制以及故障检测与监控方面。这样做的目的是对相关数据进行详尽的分析和整理，基于此采纳必要的策略以实现系统的综合优化，并进一步提升供电的整体安全性。与此同时，注重对光伏发电与配电网络结构的精细化规划以及创新策略的调整也同样重要，这包括对已有并网光伏系统的关键特性进行总结并加强对电网安全运营方面的研究工作。

3.3.强化操作维护与紧急防护体系

在日常的维护管理工作中，对光伏发电系统的关注尤为重要。特别需要注意的是防止因高温环境下步升变压器的频率不稳定而触发的跳闸问题。为此，需要实施一系列有效的策略以防止可能出现的问题，如避免模块的反向连接及避免系统出现孤岛效应等。这些措施将有助于确保整个控制系统的基本安全性得以维护。

4结束语

总之，在保持电网稳定性方面，由于新能源如光伏产生的波动性电流天然存在一些弱点，这种波动性质限制了同一变电站区域能接纳的新能源光伏等动荡电源的数量。然而，深入研究这方面的技术，并在储能等领域取得突破性进展，能够进一步地使得光伏并网的过程变得更为简洁有效，从而支持新能源电力产业的持续增长。

参考文献：

[1]付文启,黄永章,杨鑫,管飞,谷昱君.光伏驱动新能源同步机并网的调频能力研究[J].电气传动,2022,52(10):21-27.

[2]李智.新能源光伏发电技术应用研究[J].低碳世界,2022,12(8):76-78.

[3]王鸣阳,刘昌嘉,刘仁和.并网型光伏发电站储能功率波动平滑控制研究[J].电网与清洁能源,2022,38(1):115-120+134.

[4]管飞,黄永章,杨鑫,付文启,武倩羽,李晨阳.光伏经新能源同步机并网小干扰模型及次同步振荡抑制作用[J].华北电力大学学报：自然科学版,2022,49(1):58-67.

[5]仇实.新能源光伏发电站项目建设管理探究[J].科技创新与应用,2022,12(21):193-196.