光伏并网对电网自动化控制系统的影响

朱 昊

（淮安三新供电服务有限公司，江苏 淮安 223300）

0 引 言

就近年来的能源开发与使用情况来看，传统非再生资源不但存在能源紧缺的问题，而且造成了较严重的环境污染问题。为了实现长久开发、应用与良好发展，进行能源结构的有效转型势在必行。随着全球经济化形式不断发展，清洁性能源正不断广泛普及和应用，并呈现出可将传统能源取而代之的发展趋势。就太阳能来说，其具有取之不尽、节能减排等特点及优势，深受人们的喜爱。在未来发展中，将进一步扩大光伏发电系统的具体使用范围。与此同时，光伏电网的平稳运行主要依靠多个电力控制系统的合理控制，包括自动发电控制系统。

1 光伏并网与电力自动化发电控制系统

近些年，我国正逐渐普及和推动新能源的有效应用，例如地热能、风能、水能以及太阳能等，这些非常规性能源正在逐渐代替传统的石油和煤炭等能源。在新兴能源项目中，开发及应用得最普遍的就是太阳能。与此同时，太阳能与我国农业发展、环境建设等领域的有机结合也愈发紧密，光伏发电方面的相关产业也在迅速发展[1]。根据相关能源数据统计，我国在2020年和2021年的各类发电方式发电量与增长率如表1所示。

表1 各类发电方式所发电量与增长率

光伏发电出力具有一定的随机性、波动性，其在发电量方面是随着太阳光照强度的变化而变化。白天光照强度较大，光伏出力小；而在夜间光照强度为零，光伏的出力效果也为零[2]。光伏出力存在明显的波动性，给电力系统的自动化发电控制带来了很大的挑战。由于系统负荷会随时发生变化，因此对于电力自动化控制系统存在的系统负荷变化的不确定性，需要配置相应的自动化发电控制系统，以此来对其进行有效控制和应对。但在系统中引入光伏电站后，光伏出力是否适宜也会存在一定的不确定性，此时需要设置旋转备用容量，以便在自动化发电系统出现不确定性问题时及时解决。在具体光伏并网运作时，光伏出力较小的话，系统的常规机组就需要不断加大发电出力，为系统提供负荷需求要素。光伏出力比较大的话，就需要有效减小发电出力，以确保电网系统的发电功率动态平衡[3]。

自动发电控制系统可以调节发电频率，针对电力系统负荷变动分量的不同，可以划分为一次、二次和三次调频，以合理分配机组的调节功率。一般情况下，光伏并网后需将自动发电控制、安全约束经济调度进行有机结合，构建闭环式自动化电力控制系统，以便更好地实现稳定断面的预防及校正控制。

2 电网的自动化电压控制系统

现阶段，我国光伏行业的发展取得了一定成效，在太阳能电池组件、电池等相关设备制造以及高纯多晶硅原材料的生产等领域处于领先地位[4]。光伏发电需要用到大量的电力电子装置、系统，光伏并网对自动化电力控制系统有着一定的影响。光伏发电系统总体框架如图1所示。

图1 光伏发电系统总体框架

受太阳能能源的影响，光伏发电的无功功率会随着有功功率的变化而产生变化，而电网系统内的无功功率水平与电压有着紧密的联系。随着无功功率的充裕情况而变化，功率充裕则能力强，无功功率不足则应对能力弱，因此极易出现电压发生崩溃的现象。

电网系统较常用的电压调整方式有多种，包括对有载变压器的分接头位置进行合理调节、并联电容器等[5]。对于有着较多光伏并网的区域，应增加无功电源的配备。此外，在进行光伏并网发电时，配备相应的设备，如表2所示。

表2 光伏并网相关设备

3 电网的稳定控制系统

光伏发电利用太阳能电池板将太阳产生的能源成功转化为电能，是国家在大力鼓励、推广使用的新型发电能源项目。不论是大规模、集中式的光伏电站，还是分布式、装机容量较小的分布式光伏，光伏的总装机容量都在不断扩大[6]。由于光伏出力存在一定的不确定性与波动性，因此需要设置更多、更好的辅助服务，以确保光伏并网后系统能够持续稳定运行。

当自动化电力控制系统出现情况而无法稳定运行时，系统会根据具体情况自行启用相关负荷控制策略。系统依据电网负荷的分布情况及故障程度，按照分轮次的形式来切除相关负荷，从而确保系统正常、稳定运行[7]。在切除相关负荷后，通过多能互补和增加储能装置等措施，满足电力系统对弃光电量的需求[8]。

4 发展展望

为了保障未来我国光伏发电不断朝着高质量、高效率等方向发展，需要提高大电网的高效化与智能化水平。基于高速、双向通信技术，充分合理利用较先进的测量技术、传感技术以及电力控制方法，促进电网实现智能化发展[9]。此外，不断强化清洁类新能源的开发与应用。在新能源的开发利用过程中，微型能源网是一个比较重要的方向。微能源网是能源互联网的一个核心子单位，通过对相关应用能源进行存储、优化和配置，可以有效促进用能负荷平衡。

5 结 论

相较于传统能源存在环境污染等问题，光伏发电主要以太阳能为主，具有无污染排放、安全可靠等优点，基本不受资源分布等客观因素的限制。在我国未来新能源的结构组成中，光伏发电所占比重不断增加。通过消除光伏并网对电网相关自动化控制系统所产生的不利影响，扩大光伏并网规模，实现光伏产业健康可持续发展。