光伏发电系统对电力调控的影响

尹海洋 关海彬

摘要：近年来，随着社会经济的发展，人们的生活水平不断提高，对电设备的运用越来广泛，对电能的需求也随之增多。这对电能的供应提出了更高的要求，也是对电力企业的严峻考验。随着我国节约能源和保护环境的可持续发展战略的提出，能源问题更加凸显，大规模光伏发电恰恰缓解了这一问题，可是又会使原有的电力系统发生一些相应的改变，所以，分析大规模光伏发电对电力系统所产生的影响是十分必要的。

关键词：光伏发电系统;电力调控;影响

引言

随着我国经济的发展，能源与资源的消耗对环境的影响日益严重，光伏发电作为清洁能源其开发利用显得日益重要。光伏发电系统具有资源普遍、无污染，设备可靠，维护简单并受地域条件限制小的特点。并且，我国太阳能资源十分的丰富，排除西南以及黑龙江边境地区外均为高太阳能资源区，这对发展光伏发电系统十分有力。同时，光伏发电也存在着诸多问题，如功率输出不稳定，可调度性差，并具有间歇性发电和随机波动性变化的特点。这些都对电力调控造成一定影响，对电力调控工作的管理与操作提出了一定的挑战。因此，本文就光伏发电系统对电力调控的影响进行了分析与探讨。

1光伏发电系统简介

从光伏发电系统的组成上考虑，具体可划分为四部分：①太阳能电池方阵，是吸收光能的主要设备，其两端会形成异性电荷积聚现象，并随之形成电动势。②蓄电池组，工程中最为常用的为铅酸电池，它可以起到电能储存的作用，待到阴雨天等非日照环境时可以为负载持续供电，蓄电池组的放电量不可过大，应具备高效率的充电特性;③充放电控制器，此结构服务于蓄电池，当蓄电池处于放电状态时可以对其进行调节，从而杜绝蓄电池过度充放电的现象，在调控过程中以负载需求为准则，合理控制电能的输出量;④逆变器，在其作用下可以实现低压直流电向交流电的转化，从而为负载提供可使用的电流，逆变器种类较多，在光伏发电系统中常见的为并网逆变器。

2光伏发电对电力调控的影响

2.1影响无功电压的特性

光伏发电系统本身是依靠太阳能资源产生电能，日照越充足产生的电能才越多，基于这一运行特点，国内很多光伏发电系统在建立之时都会选择海拔高、日光足的地方，比如像戈壁滩或者沙漠等处，或是其他人烟稀少的“无人区”。这些地段由于位置偏僻，电能的需求量少，相应的电系统负荷也不需要太高，因此也使得国内的光伏发电系统存在一个常见现象，就是以光伏发电系统供电的电网其短路容量很低。因为光伏发电系统需要日光充足的地方，而其产生的电能都需要用远距离高压输送到千家万户，在这一运输过程中，电能就可能发生随机波动，对于电网运行的无功平衡影响很大，因为随机波动的有功出力会穿越近区电网和长距离的输电通道，从而对无功平衡产生冲击，使得电网的整体平衡性都受到影响。

2.2对电能质量的影响

电能质量是电力企业综合实力和社会信誉的重要标志，也是电力系统运行管理的关键，光伏发电系统的并入，扩大了系统的容量，由于所接入的发电机组和原来的数量与规模有很大区别，使继电系统的整体框架结构和原来有明显区别，电网的潮流分布更难控制，电压质量得不到良好的保障，影响用户的用电效果。同时，由于大规模光伏系统的介入，其中存有的大量的电力电子的作用，改变了既有电力系统原有的运行模式，不利于电能的质量的提高，逆变器开关的反应过慢，输出失真，进而产生谐波，简谐波的波动范围会随某一区域的光照变化的加快而增大，甚至出现波动叠加现象。相关研究证明，只存在一台并网逆变器时，输出的电流谐波较小，电路中同时并联多台并网逆变器时，输出较大的电流谐波，会超出规定的标准。影响电能质量的主要原因有逆变器并联系统中电网阻抗的耦合效应，滤波电容所引起的谐振动，放大了某些次谐波，由于直流介入产生电源波動等，另外，由于时代的发展，使用电子设备和用电器的电用户越来越多，功率消耗增大，用电消耗的持续时间较长，电能量消耗总量增加，电力系统的运行负担越来越重。

2.3分布式发电对继电保护的影响

绝大多数的配电系统均属于一种放射状结构，之所以采取这种结构七亩地也是为了能够维持运行的简单性及过电保护的经济性。当分布式电源接入后，系统原本的放射状网络也逐渐转变为全系的遍布电源和用户互联的网络，此时潮流也不再如之前一样单向的从变电站母线流向各负荷，进而也对系统的继电保护产生较大影响。首先，分布式电源在运行时可能会造成继电保护失效，其主要也是由于分布式电源所产生的故障电流引发经过馈线继电器的电流减小所致。其次，分布式电源接入后可能会造成继电保护发生误操作，相邻的馈线故障可能引发之前不存在故障的馈线发生跳闸。

2.4继电保护方面

光伏发电系统的并网使得电网中的潮流具有了双向性，并且电网故障时短路电流的大小、方向以及分布也会因此而有所改变。因此光伏发电系统与系统变电站均需要装设继电保护装置，防止故障后的系统失稳与对系统反送电，保护光伏发电站本身也保护系统不受到故障多次冲击。当已并网的光伏发电系统向大电网输入功率时，会使原继电保护装置的保护范围缩小，从而影响到继电保护装置工作的灵敏性与可靠性。

2.5孤岛效应

现实工程案例表明，光伏发电并网工程时常会产生孤岛效应，而这将对电网造成直接的影响。由于电网线路采用的是直接与光伏发电系统相连的方式，一旦线路出现故障，系统难以判断是否发生停电现象，因而无法停止供电，这种持续供电的现象将会作用于公共电网，进而形成供电孤岛。①威胁电网运维人员的人身安全。当出现故障时，并网逆变器并未受到影响，此时依旧向周边供电。若维护人员依然在进行线路检修，极容易触电甚至对生命造成威胁;②损坏用电设备。当电网不再供电后，孤岛区域的稳定性将受到影响，电压与电流将出现异常波动现象，若电网尚未配备储能元件，将会直接对用户造成影响，致使其负荷出现电压闪变现象，对用户电气设备带来威胁;③损坏电网设备。当恢复正常供电后，分布式光伏输出特性并不稳定，与电网电压之间难以同步，并在瞬间形成强电流，从而给电网设备造成威胁;④对用户电压产生影响。当分布式光伏并网系统处于正常运行状态时，它将与并网之间表现出稳定的连接特征，一旦二者出现断开现象，对于配电网而言将会出现三项负载不对称现象，以往的单向供电模式受到破坏，此时用户的用电质量受到严重影响。

结束语

综上所述，科技的发展给新能源事业提供了坚实的技术基础，此时光伏发电并网技术也随之获得了空前的发展。当下光伏发电站并网规模在逐步扩大，其对电力调控的影响将进一步加深，如何在新形势下既保障光伏发电的发展又保障电网运行的安全与稳定将是供电公司调控部门工作的重中之重。由于光伏发电自身的不稳定与不确定性，传统的工作方法必将无法满足新的工作要求。这就要求不断结合情况发展制定可行的办法，调整电网结构、继电保护配置与管理手段，做好精心调控，科学规划，促进光伏发电新能源技术的发展。基于提升光伏发电并网稳定性的目的，相关部门应加大此领域的研究力度，积极引入人才，搭建高水平化的科研平台，从而优化谐波以及电压闪变现象的解决机制，确保电力系统能够安全、稳定地运行。

参考文献

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