大规模光伏发电对电力系统影响

吴恺琳

摘 要：随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对电设备的运用越来广泛，对电能的需求也随之增多。这对电能的供应提出了更高的要求，也是对电力企业的严峻考验。随着我国节约能源和保护环境的可持续发展战略的提出，能源问题更加凸显，大规模光伏发电恰恰缓解了这一问题，可是又会使原有的电力系统发生一些相应的改变，所以，分析大规模光伏发电对电力系统所产生的影响是十分必要的。

关键词：光伏发电；电力系统；影响探究

电能是我国的主要能源来源，对我国国民经济起重要的作用。随着人们对能需求的增多，发电形式也在不断增多，水力发电、风力发电、核电站、沼气、潮汐能等为电能来源提供了更多的方式，光伏发电是近年来新兴的发电方式，光伏发电的出现和推广，给人们的生产、学习、工作带来了诸多便利，缓解了资源紧张、能源匮乏、环境污染等问题。因此，如何通过对大规模光伏发电的原理、构成等的分析，阐述大规模光伏发电对供电系统的影响是值得研究的课题。

一、原理及优势

大规模光伏发电就是把太阳能发电系统产生的直流电转变成符合实际供电需求的交流电的过程，这种转换通过并网逆变器完成，光伏并网发电系统包括两种形式，集中式大型并网电站和分散式小型并网发电系统，前者电能在发电站内就能完成转化，可以直接进行用户配电，适于大型的国家级电站，后者广泛运用于居民建筑，适于光伏建筑一体化。光伏发电并网系统不需要能量的存储和释放过程，减少了能源的损耗，提高了电能的运用效率。大规模光伏发电运用的是太阳能，具有下列优点：大规模光伏发电使电能的运用效率提高，电能损耗降低； 太阳能是清洁能源，和其他发电形式相比减少了环境污染；光伏发电并网的收益率较高，电能的提供量较多，保证了人们对能的需求；光伏发电系统和建筑物的有效结合，为建筑物增添了色彩，使建筑物更完美，更具特色。

二、大规模光伏发电对电力系统的影响

（一）对电能质量的影响

电能质量是电力系统运行管理的重要内容，也是电力企业社会信誉和竞争实力的具体体现。光伏系统发电并网后，使系统容量得到扩充，由于接入的光伏发电机组系统数量与规模的不同，改变了原有电系统的整体框架结构，进而使电网的潮流分布的控制难度增大，降低了配网的电压质量，影响用户的用电效果。大规模光伏系统的引入，大量的电力电子会改变原来的电力系统的一些固有运行模式，电能的质量会因此而降低，逆变器开关的反应迟缓，导致输出的准确性降低 进而产生谐波，例如，如果某一区域的太阳光迅速变化时，谐波的波动范围也会随之变大，甚至产生波动叠加现象，一些文献分析表明当一台并网逆变器单独运行时，输出的电流谐波很小，多台并网逆变器并联后输出电流的谐波就会超标， 由于逆变器并联系统中有电网阻抗耦合效应的存在，减小了并网逆变器控制回路的带宽和稳定裕度，使并网电流谐波含量不符合标准，谐波振动不稳定，光伏电站采取的是长距离输电线缆接入弱电网，滤波电容可能会引起谐振动，进导致某些次谐波的放大。另外因直流的注入导致的电源波动也会对电能质量造成影响。现在是数字化时代，数字化设备和电子产品层出不穷，用户所使用的用电器的数量也随之增多，有些用电器不仅功率较大，而且消耗电能的持续时间长，使用户整体消耗的电能提升，在一定程度上加重了电力系统的运行负担。

（二）影响无功电压的特性

根据光伏发电系统本身的运行特点，所建立的发电系统要选择在海拔较高、日照充足的戈壁滩、沙漠等地区，这些地区人烟稀少，对电能的需求量相对较少，电系统的负荷能力低，电网短路容量相对较小。在光伏发电系统当中， 电网的短路容量不会太大，光伏发电系统所产生的电能通过远距离高压输送来完成，在电能运送过程中会产生随机波动，随机波动的有功出力穿越近区电网和长距离的输电通道，使电网运行的无功平衡被冲击，并且输送电能的母线电压的波动幅度也随之增大，进而使电网的整体平衡效果受到影响。此外光伏电源无功电压在具体并网运行中支撑能力欠佳，电压稳定性受到冲击， 一些地区因为大规模光伏发电系统的接入，电网的网架结构发生了变化，影响电压质量。

（三）对有功频率特性的影响

由于光伏发电系统在电流传输过程会出现频繁的随机波动，低电压传输会因此产生无功或有功动态，为了能让电流通过的更畅通，减少和避免因此对设备和原件的所造成的损害，负荷能力必然要受到影响，维持系统的有功平衡难度较大，进而影响电网的运行特性，电力系统通常是设有备用系统的，而光伏系统的出现，必须调整原有的电力系统结构，为了达到电力的传输要求，原有的常规电源不得不替换掉，当突发紧急情况时，系统的应对能力减弱，系统的整体运行情况会因频率变化而受到严重的影响。光伏系统大规模接入之后，系统的等效转动惯量变小，系统的应对功率会因此而有所波动，给系统的有功频率特性造成一定的影响。

（四）功角的稳定性

在光伏发电系统，光伏电源并不参与功角的振荡，由光伏发电系统所产生的电能通过变压器和逆变器直接并入公共电网，因此 所产生的电能具有随机波动的特性，并且不存在转动惯量，但却使电网原有通道的传输功率受到一定的影响，改变原有电网的潮流分布模式，减小了发电系统的等效惯量，影响电网的功角稳定性。功角稳定性的变化和光伏并网的规模大小、地理位置、光伏电源的控制技术、电网的拓扑结构等有关，光伏发电系统的接入可能会改善功角的稳定性，也可能会使电网功角的稳定性下降。系统运行点会因光伏外出力的波动性而发生变化，原有系统的阻力也会因此而改变，再加上常规机组的控制策略与并网逆变器区别很大，电力系统发生震荡而降低稳定性。如果在并网过程一旦发生某种故障，电网的穿透能力降低，造成脱网的安全隐患。

（五）对配电系统保护的影响

（六）对小扰动稳定性的影响

由于大规模光伏发电的电能来源于太阳能，因此在光伏系统并网运行的过程中，避免了机械与电磁量的稳定性问题与失衡现象的发生问，但会却存在小扰动稳定性问题，造成电气运行的不稳定，制约系统功能的全面实现，导致电力系统运行不稳定。主要表现在光伏发电系统的两个运行点之中，其中一个会因处在高出力状态而产生不稳定现象，因光伏电力系统的电容存储能力较差，当故障发生时，吸收不平衡功率的职责由直流侧的电容承担，所以直流侧电压会因故障发生而急剧上升，很难调整，进而导致电源的运行出现不稳定现象，所以，电力系统在系统受到一些小干扰后，如光照扰动等，稳定性会在一定程度上受到影响。

三、结语

大规模光伏发电系统的普遍运用，为我国电力资源提供了更广阔的发展空间，提高了人们的环境保护意识，帮助人们养成节约能源的好习惯，使人们认识到节约用电的重要性，这一举措是我国可持续发展战略原则的具体体现，也是顺应社会发展的必然选择。加强对大规模光伏发电系统应用的分析探讨，充分发挥光伏发电的服务作用，促进社会经济的发展具有重要的现实意义。本文通过对大规模光伏发电的概述，从影响电能的质量、影响无功电压的特性、对有功频率特性的影响、对功角稳定性的影响、对配电系统保护的影响、对小扰动稳定性的影响等方面分析了大规模光伏发电对电力系统的影响，为业内专家和有志之士进一步研究解决这些影响的措施提供依据和参考，资源紧缺和环境污染是全球化的问题，爱护地球这个大家庭是我们应尽的义务，让我们齐心合力，为更好的利用太阳能，开发新能源、促进我国电力企业的稳定可持续发展贡献力量。

参考文献：

[1]周星宇.大规模光伏发电对电力系统影响综述[J].中国设备工程，2017（02）：157158.