大规模光伏发电对电力系统影响综述

周星宇

（武汉电力职业技术学院，湖北 武汉 430000）

大规模光伏发电对电力系统影响综述

周星宇

（武汉电力职业技术学院，湖北 武汉 430000）

电能已经成为生产生活中一种不可或缺的能源类型，伴随其利用率的逐渐提升，传统的能源提供方式已经无法满足电能需求，可再生能源成为应用与开发的重点方向。太阳能光伏发电作为一种可再生资源，有效缓解对传统电能的需求。但由于大规模发电对整个电力系统会产生一定影响，需要全面分析，对其影响进行综述。

大规模；光伏发电；电力系统

太阳能光伏发电作为当前可应用的一种电能资源，可有效缓解传统火力发电与水力发电两种电能来源电能提供不足的问题，为生产生活用电需求更好的提供服务。但想要光伏发电拆修为电力系统提供电能，则需要有效解决大规模光伏发电对电力系统所产生的影响，也是本次研究的重点。

1 大规模光伏发电系统介绍

1.1 光伏电池与阵列模型

在大规模光伏发电系统化中，光伏电池是重要的构成要素，其具体的排列状况也需要具体处理。这里所说的光伏电池主要是以二极管模型为核心的一种光伏电池等效电路，在KCL状态下最终却确定光伏电池模型的数学表达式。对各项基础参数完成拆解与表达之后确定电流与开路电压，当然也包括最大功率点电压等，得出适用于工程计算基础条件的模型表达式。大规模光伏发电系统当中的阵列模型主要是基于阵列模型得出，最终阵列状态是以串并联的方式呈现。

1.2 并网换流器与控制模型

并网换流器在大规模光伏发电系统当中主要是针对大规模单元而言的一种暂态的并网特性。当前主要运用到大规模光伏发电系统当中的电压源型以内外环双层结构为主，形成一种双环的控制方式。内环控制方式以电流为主，其电流值需要与外环的电力参考值作为基础衡量标准，最终经过控制环节与换流器装置外按成电流的入网操作；外环则是电压输入过程，具体与以内环生成的电流作为参考标准及依据，经过换流器的并网策略处理与外部特性完成操作。

控制模型包括两类，一类是内环控制模型，所运用到的控制策略以前馈解耦为主，确定换流器的暂态模型，最终依据暂态模型确定电力解耦的处理方式，将这些控制因素直接添加到内环控制当中。内环模型如图1所示。

图1 换流器及内环控制模型

从图1模型当中可以发现，光伏并网环流率的解耦控制能力包括有功与无功两个方面。外环控制模型则需要根据电网对于光伏发电系统的实际需求去具体设计与实现有功类与无功类的并网额策略，具体外环控制模型如图2所示。

图2 电流源并网模式下外环控制模型

1.3 光伏发电系统模型

在光伏发电系统模型的构建方面，依据方程组当中的各项基本构成完成拆分之后得出最为基础的构成部分，确定各个基本状态的方程因素。这期间将逆变器与MPPT等控制环节进行操作处理，得出状态方程。以联立处理的基本方式最终去确定光伏发电系统模型。根据研究的需求与光伏发电系统模型要求，选择不同的建模方法。

2 大规模光伏发电对电力系统的影响

大规模光伏发电对于电力系统的影响主要表现在以下几个方面。

2.1 对有功频率特性的影响

大规模光伏发电作为目前电力提供的一种重要方式，其所表现出的特性主要集中在以下几个方面：

第一，具有随机波动性；第二，电源无转动惯量；第三，低电压时期具有无功动态特性；第四，容易产生脱网现象；第五，具有四象限控制的能力。光伏电力大伏的随机波动性会对整个系统的功平衡性带来影响，从而影响一次调频和二次调频，造成调频运动特性风险增加的特征。此外，光伏电源是一种非旋转的静止电子元件，其在工作的过程中随着交替电源的使用，会降低系统等效转动惯量，从而对系统的功率造成影响，容易产生频率急剧变化，影响运行的问题。

2.2 对功角稳定性的影响

功夫电源发电在其根本上自身是不参与功角振荡的，因此在其本质上应该不存在功角稳定性的问题。但是，由于光伏电源发电元件的随机波动和无转动惯量等特征的产生，导致系统在接入大规模光伏后致使电源网内部呈现潮流分布，从而对其通道内的整体电流功率造成了影响，呈下降的效果，影响了系统内的等效惯量。此外，由于光伏电接入电网，在电网的整体形成上使其基本性能产生了变化，从而降低了电网系统内部拓扑结构的补充方式和电力传输的运行方式，致使模降低，影响系统的功角稳定性。因此，光伏网在实际故障产生的情况下经常会出现穿越能力不足引发脱网的故障，其中尤其是以集中化、规模化后更容易产生该种故障，因此在其改进的过程中必须充分的利用光伏配电站内部出场的作用，实现配电站无功补偿，有效提升系统安全性。

2.3 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。

2.4 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。

3 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。

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1671-0711（2017）01（下）-0157-02