大规模光伏发电对电力系统影响综述

张伟

【摘 要】能源资源已成为当今社会发展的重要制约因素，随着先进能源技术的发展和创新，太阳能光伏发电作为一种无污染的绿色能源已成为社会普遍关注的热点。但是，太阳能光伏发电也会对现有的电力系统产生一定的负面影响，从而制约了这项技术的应用和发展。基于此，国内外学者对光伏发电对电力系统的影响进行了较为系统的探讨。通过总结其影响，可以在一定程度上促进大规模光伏发电系统的应用和发展。

【关键词】大规模;光伏发电;电力系统;影响

1 光伏发电系统的组成与原理

光伏发电系统要实现光能到电能的转变，通常包含了蓄电池、光伏方阵、控制器、逆变器、配电柜与太阳光跟踪系统等部分，其中还包含用来聚光的反射镜与聚光透镜。光伏方阵采用光伏模板组成特定形式实现对光能信号的捕捉与积累，在光生伏特效应下，实现在蓄电池两端电荷的累计，形成的电荷在电池两端形成了电动势，完成光能到电能的转变。蓄电池可以实现电能的储存与放电，其中为防止电能储存过多或放电严重的情况，一般添加控制器，控制器保护蓄电池的充放电过程，可以对蓄电池的寿命起到延长的作用。要实现直流电到交流电的转变往往需要添加逆变器，逆变器按应用要求不同常分为正弦逆变器与方波逆变器两种，前者应用范围广，但是成本相对的较高。太阳光跟踪系统可以捕捉太阳光的变化，实现随太阳光转动的目的，保证发电效率的最大化。

2 大规模光伏发电系统

2.1光伏电池和阵列模型

光伏电池是进行大范围的光伏的主要部分，所以，我们对于它的排列情况进行具体的分析，光伏电池的核心是二极管模型，它的数学表达式再KCL的情况下是固定的。而工程计算的表达公式是光伏电池所提供电流、开路电压和最大功率电压都是固定的时候，通过串联摆出大范围的使用光伏发电系统的阵列模型。

2.2并网换流器和控制模型

并网换流器是主要是从大范围的进行光伏发电的单元方向来分析的。现在大范围的光伏发电系统里面使用的电压模型是内外环双层结构的，这样做可以形成内外环的控制方向，而使用内外环进行控制重要的部分就是电流，它是把内外环的参考值作为衡量的标准的，利用控制环节和转换器之间的相互合作来实现电流入网的目标。然而，外环主要的控制内容是输入的电压量，再控制装置里产生的电流数值会控制内环，并网的方法和特点会影响到它的对换流器。再使用光伏进行发电的时候，主要是利用了前馈结构控制策略，这样做可以是控制器更加的方便简单，利用这个策略可以不受时间限制的了解到换流器的暂时的状态下的模型，通过这个模型我们也可以明确电力结构的处理方式，然后再进行内控的时候添加一些控制条件。需要注意的是，我们要分析仿真软件的效果，这样可是使换流器和内环节的操作方面更加简单。

3 大规模光伏发电对电力系统的影响分析

3.1有功频率特性的变化

在光伏发电的电流传输过程中随机波动频繁出现，导致低电压传输的无功或有功动态，要想保证电流顺利通过，减少和避免因此对设备和元件的所造成的损害，就会影响系统的负荷能力，加大了维持系统的有功平衡的难度，电网的运行特性也会因此受到很大影响，既有电力系统一般都设置备用系统，但光伏系统的介入，改变了原有的电力系统结构，为了满足电流的传输要求，只能换掉原有的常规电源，一旦遇到突发情况，系统的应对能力大大降低，频率的变化导致系统的整体运行效果降低。此外，由于光伏系统的接入，系统的等效转动惯量因光伏系统的存在而减小，系统的应对功率因此而产生波动，严重影响系统的有功频率特性。

3.2大规模光伏发电对配电系统保护的影响

当配电网中出现大规模的光伏电源时，继电保护设备会受到影响：首先，配电系统连接着变压器，当发生逆变器接地回路后，电流和电压产生不稳定问题，影响继电保护装置的自动断电功能;其次，多电源结构会影响故障电流，导致电压不稳定;最后，光伏发电系统的发电方式是将多条低压电线共同接入主干线，若一些高密度光伏发电系统的连接馈线出现短路现象，则将对两个相邻熔断器均会造成不良影响，轻则影响其配合效果，重则造成某些线路的电压负荷超过断路器的遮断容量，对配电系统安全运行造成影响。为解决上述故障，相关工作人员可以在敏感的并网光伏变换器中，添加一定的保护，以降低电压，避免输出电压分量超标、谐波超标等问题。

3.3电力系统同步稳定性的影响

通常情况下，电力系统在运行中受到微小的干扰之后能够继续保持同系统中的同步电机间的同运行成为同步稳定性。对于大规模光伏发电系统而言，小扰动之后的同步稳定性受到较大程度的影响。通过分析可知，光伏电站的直流方向的测电流能够很好的吸收融合系统出现故障时出现的不平衡功率，但是同時光伏系统内的电容储存能力不够，导致系统另外位置的故障问题所产生的不平衡功率对于光伏电站的直流方向的侧电压产生影响。可以说光伏电站对于系统同步稳定性的控制是一个拆东墙补西墙的原理，其并无法控制小干扰下所产生的失衡问题。

3.4对功角稳定性的影响

光伏电源发电在其根本上自身是不参与功角振荡的，因此在其本质上应该不存在功角稳定性的问题。但是，由于光伏电源发电元件的随机波动和无转动惯量等特征的产生，导致系统在接入大规模光伏后致使电源网内部呈现潮流分布，从而对其通道内的整体电流功率造成了影响，呈下降的效果，影响了系统内的等效惯量。此外，由于光伏电接入电网，在电网的整体形成上使其基本性能产生了变化，从而降低了电网系统内部拓扑结构的补充方式和电力传输的运行方式，致使模降低，影响系统的功角稳定性。因此，光伏网在实际故障产生的情况下经常会出现穿越能力不足引发脱网的故障，其中尤其是以集中化、规模化后更容易产生该种故障，因此在其改进的过程中必须充分的利用光伏配电站内部出场的作用，实现配电站无功补偿，有效提升系统安全性。

4 SVG动态无功补偿装置

SVG属于典型的电力电子设备，在大规模光伏发电项目中，对电力系统主要的影响是无功功率的超发和有功功率的不确定性，SVG无功补偿技术可实现对上述影响的有效改善，但在很多技术的使用上依然存在问题。针对于这种现象，人们在新能源发展的同时，对SVG动态补偿装置进行了合理改进，实现对新能源的有效开发。总的来说，SVG的工作原理是通过外部CT对电流信息进行检测，然后由控制芯片对电流信息进行有效整合和分析，再由控制器对补偿信号进行驱动，最终实现逆变电路对电流进行补偿。通过对这种补偿装置的合理改进，大规模光伏发电可以发挥出更好的应用效果，实现对电力系统的影响有效降低。

5 结语

综上所述，当前我国针对光伏发电的研究探索与实践工作都呈现出来了一个积极的繁荣局面，无论是业内人士还是社会大众都对于光伏发电的性质、优势、发展潜力有了一个初步的认识。光伏发电对于我国解决当前能源紧张困境与环境污染问题都具有无可替代的作用，且通过这一手段将有望降低电力系统的集中压力。本文以大规模光伏发电对整个电力系统的各方面影响进行了一个概括性的梳理，希望可以给我国当前及未来的光伏发电技术提供一点支持，为推进我国光伏发电创新，促进光伏发电与电力系统科学和谐的融合。

参考文献：

[1]徐晓霞，彭端丹.关于大规模光伏发电对电力系统影响探讨[J].科技风，2018（27）：191.

[2]刘乐.光伏接入后配网馈线电压协同控制方法[J].电力科学与技术学报，2017，32（3）：43-49.

（作者单位：协鑫新能源华中区域公司运营管理部）