光伏电源对电网的影响与分析

2016-11-09王笑笑桐庐县供电公司浙江省杭州市桐庐县311500

低碳世界 2016年29期

王笑笑（桐庐县供电公司，浙江省杭州市桐庐县311500）

光伏电源对电网的影响与分析

王笑笑（桐庐县供电公司，浙江省杭州市桐庐县311500）

在所有的分布式的发电技术中，发展的最快的当属光伏电源，光伏电源是凭借逆变器来进行接入，使光伏电源接入到电网当中，具有不确定性。光伏电源与普遍的发电站有所区别，所以不能的单纯的凭借发电站的性质，来确定光伏电源对电网的影响，要对影响进行深入的分析。本文主要就是研究光伏电源对于电网产生的影响，为之后行内人士在该领域的深入的研究，提供一定的帮助和参考。

光伏电源；光伏发电；太阳能；电网

随着我国近年来在光伏行业中的迅速发展，我国渐渐在电力供应的领域处于领先的地位。与此同时，越来越多的光伏电源接入到了电网中，这种现象改变了传统的配电方式。因此，光伏电源对电网影响的研究是必不可少。通过对光伏电源接入到电网中所涉及的一系列影响进行深入的研究，可以更好的充分利用新型的技术和战略，积极发挥光伏电源的作用，同时也最大程度上避免光伏电源所带来的不利条件和影响。

其中，光伏电源与电网相连接后，对于电网所产生的影响主要包括以下几点：①引起电压的变化起伏；②接入点的电压上升；③直流的侧接地故障；④注入电流谐波和直流分量；⑤不正常孤岛等。

1 光伏电源发电概述

所谓的光伏发电，是指在半导体界面所固有的光电效应原理为技术支持的条件下，直接将光能转化为电能的过程。光伏发电系统通常由三大部分组成：太阳电池板、控制器以及逆变器。光伏发电系统的部件几乎都是电子元件，多个太阳能电池经过串联后，与功率控制器等部件相结合，就形成了能够进行光伏发电的装置。

通常情况下，光伏发电系统包含离网光伏系统以及并网光伏系统两大部分。

1.1 离网光伏发电系统

离网光伏发电系统，适用于没有并网或并网电力不稳定的地区以及偏远地区，是能够独立运行的光伏发电系统。所产生的直流电源，可以在白天直接储存于蓄电池组中，然后用于夜间或多云或下雨的情况下，并能直接提供电力，离网光伏发电系统构成如图1。

图1 离网光伏发电系统

1.2 光伏发电并网

并网发电系统，是指能够与电网直接相连，并通过太阳能组件所产生的直流电。经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电，直接向电网提供电力的电源。并网光伏电源如图2。

图2 并网光伏电源系统

2 调研方法

调研方法多种多样，大体分为问卷调查，抽样调查，实验调查法等等。对于调查光伏电源对电网的影响，建议采用实验调查法的形式。所谓的实验调查法，就是要求实验者事先假定一个实验的假设，在该假设的前提下，对于此现象进行实验，并通过不断的改变实验过程中的环境因素、以及不同的自变量的影响因素，从而得到最终的实验结果，并对于初始假定的实验假设进行接受或者否认的判断。

由于电力的特殊性，不能单纯的用问卷调查等形式进行调研研究，必须采用实验调查的方式进行调研。因此，本文中对于光伏电源对于电网的影响的调查，全部是基于实验调查的调查方法之上，进行的分析研究。

3 调研结果及其分析

3.1 对电压影响

对于集中来供电的电网来说，电网一般所呈现的是辐射的状态。在不出现任何意外的运行的状况下，电压是按着馈线潮流的方向渐渐减少的。电网接入了光伏电源之后，因为馈线上传输功率变小等原因，造成了馈线上各节点的电压升高，甚至严重的可能会导致一些节点的负荷电压超过标准预定的电压值。一般情况下，可以凭借着在中低压的电网中装置设置变压器，或者调节电压器等此类设备的方法，控制电压恢复到正常的范围中。对于电网中的调整合适的电压，预定好光伏电源的运行的形式极其关键。常常利用正午的太阳光，来提高接入点的电压值，图3为桐庐地区该地的光缆网络拓扑图。

太阳的入射角度的因素也即是光照的因素，当外界环境的条件一定的时候，电网输出的功率同负载的变化呈正比状态。因此，光伏输出的最大的功率受到太阳的照射幅度、热量两个方面的影响。以图4～5为桐庐某市在夏季7、8月份时的太阳辐射，光照对应的实际输出功率。

3.2 光伏电源对电网的要求

光伏电源对于电网有着技术先进、标准统一、安全可靠、合理投资、运行高效五点要求和准则。光伏电源接入电网，也要实现接入过程的规范化，同时在保证产品质量和安全的前提下，减少不必要的运营建设成本；图6为桐庐变电站的分布图，通过合理的安排变电站的布局，满足光伏电源对所接入电网的要求。考虑光伏电源与当地电网的匹配问题，事先光伏电源与电网的和谐统一，表1为桐庐光伏接入变电站的具体情况。

图3 光缆网络拓扑图

图4 7月份光照输出功率

图5 8月份光照输出功率

图6 桐庐变电站分布图

表1

110kV洋州变需增加放电间隙及放电间隙流变，主变增设间隙零序电流保护和零序电压保护。洋州变一期上的10kV出线保护RCS-9611AII不带方向，增加带方向需更换为RCS-9611C，主变后备保护RCS-9681II型当时未含间隙保护，需更换为RCS-9681C；二期上的10kV出线保护RCS-9611C带方向，具备，主变后备保护RCS-9681C，含间隙保护，出口为4～6个。

分布式光伏电源对于电网的运行和性能有影响，分布式光伏电源的并网接口一般有三个方式，即：同步发电机、异步发电机、电力电子设备。要保证并网时电网能够安全运行，保证电力供电的质量可靠性，分布式光伏电源在并网时，要满足以下两点基本要求：①确保电网中的电压合格，在可控制范围的允许的条件下，电压不能超过标准的电压范围；②保证配电设备正常，电流在合适的范围内。

3.3 对电网的影响

近年来，分布式的光伏电源更多的被采用接入到电网中，因而我国传统的电网的结构以及电力的控制模式，将发生重大的变化。这种变化要求电网从设计、计划、运行、控制等各个方面，都要进行升级换代，对于电力网络来说，是个极大的挑战，同时也是一个重大的机遇。

因而，光伏电压接入到电网中时，会面临两个方面的压力：①电力市场中解除管制的压力；②如何保证供电质量以及可靠性问题的压力。

3.4 注入电流谐波

电流谐波对于电网和使用该网络的用户会产生很大的影响，而通常造成光伏电源逆变器的谐波的来源大体有两个。一般情况下，谐波之间的相位差、电网的线路中的电阻、电缆中的负荷，都能够消除部分的谐波。而当光伏电源的逆变器产生正弦波时，就会对电网中的电压波形的畸变，有一定的弥补作用，但能导致整个逆变器产生出更多的电流谐波。如果把光伏电源的逆变器接入到低电压的电网上，该现象会出现的更加明显。如果通过光伏电源逆变器来监测电网的电压生出标准的参考的基波的时候，正弦波的电流就能够很好的被输出，但同样的，依然无法对电网的电压的波形畸变进行弥补。

4 总结

4.1 本课题调研方法的科学性、可靠性

实验调查法在开展实验前，会对整个实验过程进行严格的设计规划，从而减少了实验以外的因素干扰。与此同时，在实验过程中严格控制了各种变量，保证了实验开展的合理性与有效性。该调研方法完全依照科学的方式进行，保证了实验结果的有效与科学，因此该调研方法是科学的。

该课题在进行调研实验时，所有依据的资料都是一些按照合理科学的方式，经过对桐庐各地的各个公司进行实地调查所集成的信息，并经由国家相关部门认定审核，确定符合实际情况的。因此，根据这些调查报告进行实验，所得出的结果也必定是有效的、可靠的。

4.2 该课题调研成果的价值

面对各种各样的可再生能源，世界各国将太阳能光伏发电作为着重发展的发电方式之一。本文进行调研所得出的结果，不仅仅可以进一步认识光伏电源所具有的特性，还可以借助研究结果探究分析光伏电源对电网的影响。根据这些调研结果，对现有的光伏电源系统以及所涉及的技术，不断地进行创新和改进完善，图7为桐庐洋洲光伏电源接入电站改进后的接入线路。

图7 接入线路

4.3 目前调研所具有的局限性

太阳能是一种间歇性能源，光伏发电的出力.具有随机性和波动性，其对电网的影响还需要深入地研究。目前，由于缺少充足的实际光伏发电系统的运行和试验数据，因此对光伏电源特性的认识还不够充分。随着现代电力系统规模越来越大，光伏电源系统的结构越来越复杂，若是不能研究出高效且科学的方法，我国在光伏电源发电的发展方面，将受到很大的阻碍。从而将会导致我国电力行业前进脚步缓慢，其发展不能有效的满足社会进步与发展的需要。