大规模光伏发电对电力系统影响综述

王曦莹 尹乙臣

摘 要：本文首先对光伏发电并网定义和优点作出概述，然后结合国内外研究成果，着眼于光伏发电和电力系统之间的联系，对大规模光伏发电对电力系统的影响进行分析，并提出几点未来研究重点建议，希望对业内研究可以起到参考作用。

关键词：大规模光伏发电；电力系统；电压稳定性

中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）06-0138-01

随着节能意识的不断提升，太阳能发电、风力发电等技术得到了全社会的广泛关注，这些发电方式更具清洁性，光伏发电在新能源发电中占有重要地位，对于电力系统来说，大规模光伏发电对其具有重要影响，但是在并入电网过程中，可能会产生一些问题。

1 光伏发电并网概述

利用光伏电池，光伏发电系统可以产生电流，然后将电流送入变压器和逆变器，和电网实际需求进行结合，可以让公网得到电能传输。在此过程中，并不需要经过蓄电池的储能，可以在最大程度上控制能源消耗，让电能利用率得到提升，同时，利用光伏数组可以完成太阳能到电能的转换过程，逆变器可以进一步转换电流。光伏系统具有良好的发电效益，可以减缓当前電力需求与电力供应之间的紧张局势，且具有环保效益。

2 大规模光伏发电对电力系统影响

2.1 无功电压特性

大规模光伏多集中接入在荒漠地区与戈壁地区，如果当地负荷水平相对较低，且接入地区电网电路容量相对较小，那么利用高压输电网，可以远距离外送大量光伏电力，但是随机波动有功出力会穿越到近区电网和长输电通道，会让电网无功平衡特性受到影响，让光伏电源无功电压支撑能力减弱，周林等人针对此现象进行研究，发现大规模光伏发电可能会形成电压失稳风险，且光伏接入会让电网辐射状网架结构发生改变，可能会影响到配电网电压质量，和光伏接入规模与接入位置[1]。

2.2 有功功率特性

在Egashira R和Tsuji等人通过试验模拟，发现大规模光伏发电会对有功功率造成影响，作者指出，光伏电力本身具有频繁且大幅的随机波动性，会冲击系统有功平衡，让一次调频和二次调频受到影响，且会改变系统备用优化策略，常规机组等多类型电源有功频率协调控制和调频参数整定需要满足适应性要求。而我国国内学者也通过实际调查指出，在极端工况条件下，可能会让频率发生急剧变化，可能会让低频减载安控、高频切机安控得以触发，进而影响整体有功功率。

2.3 功角稳定性

日本学者对当地大规模光伏发电进行研究，发现在大规模光伏接入后，电网原有潮流分布会发生转变，会让系统等效惯量得以减小，除此之外，故障穿越期间光伏和常规机组动态支撑性能具有差异性，在接入光伏后，可能会改变电网功角稳定性，电网拓扑结构采用的光伏电源控制技术与光伏并网位置决定了变化情况，对此进行确认时需要利用仿真分析实验。结合实际情况，我国第一个百万千瓦级青海光伏基地在集中接入之后，使得通道潮流均匀分布发生改变，最后，通过切除光伏电源并配置动态无功补偿的方法使其安全性得到提升。在Achilles S等人的研究中，指出系统运行点会受到波动光伏出力的影响，系统阻尼会发生变化，通常情况下，穿透率大小、接入位置情况会影响到原振荡稳定性，在该研究中，发现系统振荡特性会受到主动孤岛检测的影响，将光伏发电系统渗透入网方式进行比较，发现分散方式和集中方式相比对振荡稳定具有更好的效果。

2.4 配电系统保护

张璐等人对我国西北部大规模光伏发电进行模拟实验，发现配电网在光伏电源接入之后，会改变配网故障特征，会影响到继电保护与自动装置。其具体影响主要表现在四个方面：（1）依照变压器连接方式，连接变压器的逆变器会额外形成接地回路，会让零序电流受到影响，可能会让继电保护动作特性发生改变；（2）利用单电源辐射状网络，可以将网架结果转变为多电源复杂拓扑结构与双电源复杂拓扑结构，改变故障电流方向、大小和持续时间；（3）如果PV系统反孤岛保护功能没有协调配合自动重合闸等装置，那么就可能让非同期合闸情况出现；（4）在配电系统中，变电站备用电源自投装置和线路三相一次重合闸会受到影响，为让非同期合闸现象得到规避，如果接入线路、母线经过逆变器并网进行接入，那么逆变器反孤岛保护最大动作时间需要小于三相一次重合闸启动时间或须备用电源自投断路器动作时间[2]。

2.5 电能质量

董伟杰等人对间歇式电源并网环境下电能质量问题进行研究，发现大规模光伏发电会对电力系统中电能质量造成影响。在接入大规模光伏之后，电力系统中广泛应用了多样化的电力电子装置，让大量非线性负载得以融入，可能会污染电力系统，让电能质量出现问题。主要体现在三个方面：（1）在大规模光伏集中并网时，可能会出现电流谐波叠加问题；（2）会延缓逆变器开关速度，可能让输出失真，让谐波产生；（3）在太阳光变化剧烈且输出功率相对较低的条件下，可能会有很大谐波产生。

除此之外，我国学者罗凤章着眼于并网逆变器并联系统数字控制，建立了多台逆变器稳定性与谐波问题的相关模型，对此进行研究，发现有电网阻抗耦合效应存在于大型光伏电站逆变器并联系统中，这种耦合效应可能会让稳定裕度降低，影响电能质量；同时，如果利用长距离输电线缆来让弱电网和光伏电站实现连接，那么滤波电容可能会让谐振出现[3]。对此，学者提出多样化解决措施，即增强逆变器拓扑结构合理性、安装隔离变压器、检测补偿、电容隔直、利用虚拟电容法。

3 相关建议

参考当前大规模光伏发电对电力系统的影响研究，结合实际情况，可点明今后的研究重点。第一，需要研究大型光伏电站等值建模方法与相关理论，在此过程中，需要对光伏阵列、并网拓扑、换流器组合方式和变压器参数予以考虑；第二，需要对高压交直流外送、大规模光伏集中接入等多种场景进行研究，对规模化光伏、大电网动态特性交互作用机理进行分析，以此来明确大规模光伏接入后，大电网安全性与稳定性受到的影响；第三，需要对光伏规模化接入后的自动装置、保护方案和自动化系统适应技术进行研究；第四，需要对大规模光伏接入、外送适应性受到的现有三道安全防线的影响进行研究。

现阶段，我国大规模光伏外送输电技术、光伏消纳有功无功将控制技术均有很大的改善空间。对此，业内还需对新型输电技术输送光伏波动性能源社会效益、经济效益进行分析，需要对其运行技术进行研究；同时，业内需要对大规模光伏输电系统网架结构优化原则、优化技术进行分析，对动态性能光伏接入送端电源结构进行研究；针对大规模光伏发电的未来发展趋势，需要对大规模分散式接入智能配电网规划技术做出进一步研究，主要包含了光伏电站布点设计、系统结构优化方法设计、微网模式设计等；需要对光伏接入后的安全评估技术和提升供电效果决策辅助技术进行研究。

4 结语

综上所述，大规模光伏发电对电力系统的影响主要体现在无功电压特性、有功功率特性、功角稳定性、配电系统保护和电能质量这五个方面，结合当前实际情况，在未来需要对大型光伏电站等值建模方法、伏规模化接入后的自动装置、大规模光伏输电系统网架结构优化原则等方面做出进一步研究，以提升我国大规模光伏发电技术水平，取得更大的社会效益与经济效益。

参考文献

[1]周林，邵念彬.大型光伏电站无功电压控制策略[J].电力自动化设备，2016，36（04）：116-122+128.

[2]张璐，唐巍，丛鹏伟.含光伏发电的配电网有功无功资源综合优化配置[J].中国电机工程学报，2014，34（31）：5525-5533.

[3]罗凤章，米肇丰，王成山.并网光伏发电工程的低碳综合效益分析模型[J].电力系统自动化，2014，38（17）：163-169.