关于大规模光伏发电对电力系统影响探讨

徐柯 李孔君

摘要：我国现代社会快速发展，科学技术水平也在不断的提高，人们的环保意识也越来越高，新能源也随之出现，现在技术比较成熟的新能源就是光伏发电技术了，这个技术可以缓解人们用电的需求。但是，事实上，传统的水火发电方式和利用光伏进行发电的方式两者之间还是有很大的不同的，再利用光伏进行发电的时候可能会影响到电力系统的频率和电压，这篇文章将会对大范围的使用光伏进行发电对电力系统造成的影响。

关键词：光伏发电；电力系统；影响；并网

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0216-01

引言

目前，化学能源的短缺越来越严重，环境问题日益突出，可再生能源越来越受到人们的重视。可再生能源包括风能、水能、太阳能等各种能源，太阳能已逐渐发展成为一种非常重要的电能。光伏发电是一种典型的清洁能源应用技术，具有非常广阔的市场前景和潜力，但在目前大规模的应用中仍然存在一些问题，本文对此展开了研究和分析。

1 光伏发电井网的概述

太阳能光伏发电指的是将太阳光能，通过一些太阳能电池组件，再利用一些半导体材料，转化成电能。对于井网发电系统，应该利用光伏数组等，把吸收的太阳能敷设能量充分转化成为高压直流电，在此基础上，利用逆变器，生成正弦交流电。在光伏发电系统方面，为了创造良好的发电条件，国家电网公司相继颁布了多项政策，对光伏发电项目提供了大力支持。光伏发电井网的优点较多，主要表现在以下几点：（1）有效节约了蓄电池储能；（2）光伏阵列能够运行在最大功率处，在发电效率方面，太阳能的效果比较好；（3）光伏发电井网能够取得良好的经济收益，通过设置分散的光伏系统，用户能获得供更多的电能，有助于缓解效电力传输、分配的压力；（4）光伏组件可以与建筑物相结合，不仅可以发电，还可以美化建筑物。

2 大规模光伏发电系统的建模

2.1 光伏电池与阵列建模

对于光伏电池来说，是以单二级管模型为基础，进而形成的等效电路，而且，运用了KCL，总结出了光伏电池的数学表达式。通过光伏电池的供应商所给予的技术参数，可以计算出相应的短路电流、电压等。对于光伏阵列集成模型，利用光伏电池模型，以及串并联的组合等，也可以得到。但是，光伏电池与其阵列模型，在形成的过程中，具有一些问题，比如说，在光伏组件之间，差异性比价明显等。

2.2 换流器与内环控制模型

在光伏发电系统中，换流器是核心组件，影响着光伏发电的暂态、相关的并网特性。如今，换流器的控制方法为内外环结构。对于内环而言，电流输入是主要方式，而外环控制形成的电流参考值是基准，利用换流器，电流会流入输电网络系统中。对于外环控制而言，电压输入为主要方式，而外环控制是利用电压输入完成的，在各个环节中，通过控制，得到内环控制相应的电流参考值。对换流器、内外装置进行实际设计的过程中，通常，设计人员会采取解祸控制措施，对换流器机电暂态的相应电压、电流等实施解祸处理，然后，添加在内环控制中。要想实现模型应用价值，应该进一步优化换流器，简化内环控制，实现并网功能。

2.3光伏发电的动态模型

对大规模的光电发电系统进行构建的过程中，技术人员往往应用方程组法，得到各个状态下的方程，并且，组建成联合方程组。在这样的条件下，针对大规模的光伏发电系统，也就逐渐构建出了动态模型。

2.4光伏发电系统模型

光伏发电系统主要是利用逆变器，实现电网介入，在这个过程中，技术人员可以测算PV节点、PI节点等，还能针对含变压器等，构建在内问题模型的相关方程。对于大规模光伏发电系统，要构建多个模型。技术人员应该综合考虑，明确光伏阵列、变压器参数等，根据防真模型，综合分析并网。

3 大规模光伏发电对电力系统的影响

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

4 结束语

通过大规模的光伏發电，可以有效地解决中国能源短缺的问题，该技术符合国家保护生态环境的理念，实现了可持续发展，如果我们希望这种光伏发电模式在更广泛的范围内使用，就需要对光伏发电机组进行具体的系统分析和研究。此外，有必要加强研究，扩大研究和分析的范围，有助于中国电力系统更好、更稳定、更长远的使用，同时也能促进我国社会经济的发展。

参考文献

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