光伏并网对电网自动化控制系统的影响

李家兴 于鑫磊 曹丽娟

摘  要：随着光伏发电装机容量持續扩大，相应地增加光伏发电系统的占比，成为重要能源形式。光伏出力具有波动性和随机性，光伏并网将会对电网自动化控制系统产生严重冲击，所以必须深入分析影响作用，确保光伏并网系统运行安全。该次研究主要是讨论和分析光伏并网与电网自动化控制系统的影响关系，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：光伏并网;电网自动化;控制系统

中图分类号： U665              文献标志码：A

由于传统能源与资源日益枯竭，并且出现了严重的生态环境污染问题，为了实行可持续发展战略，我国要求各行业领域都必须实行绿色节能，大力推广使用清洁能源和可再生能源。对于电力行业来说，可以采用多种新型清洁能源发电方式，包括水力发电、风力发电以及光伏发电。所以必须注重能源与资源结构转型，使用清洁型能源全面替代传统能源。太阳能属于清洁型能源，可以达到节能减排的效果，且获得难度比较小，因此被广泛应用于供热与发电领域。在未来的发展中，光伏发电范围会持续扩大，且光伏出力的波动性，对电网运行状态的影响非常大。在实际运行期间，会导致自动稳定系统、发电系统与电压系统出现异常状态，所以必须考虑电网自动化洗与光伏并网的影响关系，全面维护电网自动化的运行效益[1-3]。

1 光伏并网和自动发电控制系统

由于新能源普及率持续提升，出现了较多非常规能源，例如风能、太阳能和地热能等，可以代替石油和煤炭等。在新能源项目中，应用最为广泛的就是太阳能，可以结合环境领域、农业领域和扶贫领域。随着市场需求度的持续上升，国家也加大了政策扶持力度，相应提升光伏发电产业的发展速度。由于市场需求度持续上升，光伏产业呈现出多元化发展模式。当前，“光伏扶贫”、“农光互补”、“渔光互补”等模式的兴起，可以提升光伏产业的发展效益。此外，光伏发电出力具备波动性、随机性特点，太阳光照强度变化中，光伏发电出力也会发生相关变化。

通过相关研究报道显示，在日间时段内，当太阳光照强度比较高时，会相应增加光伏出力。在夜间时段内，光照强度微弱，此时光伏出力为零。因光伏出力具备波动性，会相应加大系统发电控制难度。为了确保系统处于平稳运行状态，应当确保系统功率的动态化与平衡性。随着时间的变化，相应改变系统负荷，此时发电控制系统会面临负荷不确定性影响。在连接光伏电站与自动化控制系统后，会导致光伏出力存在不确定性特点，因此需要扩大旋转备用容量，以此改善系统不确定性，以此满足系统运行要求。

光伏并网措施实行后，对系统旋转备用容量会造成影响。如果光伏出力较低，则系统内部的常规机组发电出力会加大，全面满足系统负荷需求。当光伏出力较高时，则常规机组的发电出力比较小，使系统规律处于平衡状态。

自动发电系统能够对系统频率进行调节，按照负荷变化、幅值大小，可以分别化和调整电力系统频率。当负荷变动分量不同时，则可以分为一次、二次、三次调频模式，以此确保机组调节功率分配的合理性。此外，注重分析系统运行的经济性因素，考虑计划发电的影响性。一般来说，在实行光伏并网之后，在开展系统发电调度时，应当采用自动发电控制与安全约束联合方式，同时形成闭环控制系统，避免断面出现越限现象，加大校正与控制效果，以此确保系统调度的最优化与经济效益最大化。

2 光伏并网与自动电压控制系统

我国光伏行业的发展速度比较快，可以有效应用于太阳能电池生产、晶硅原材料生产、生产设备制造等领域。例如，某企业所产生的多晶黑硅太阳能电池，该企业具备先进生产工艺与设备支持，已经成为一流的黑硅电池生产商。在光伏发电过程中，采用电力电子装置，会相应加大无功功率消耗，因此光伏并网会影响自动电压控制系统和系统电压。太阳能资源会影响光伏电站出力，具有波动性、规律性特点。

对于光伏发电来说，有功功率、无功功率会持续变化，且无功功率与电压具有密切关系。当系统的无功功率充足时，则可以抵抗电压冲击;当无功功率不足时，将会降低电压冲击承受能力，还会引发电压崩溃事故。对于系统电压调整方式，主要涉及到优化系统运行，调整并联电容器、有载变压器分接头等。当负荷比较重视，可以将压力比较大的负荷向其他线路转移，保证系统电压调节效果。当地区内光伏并网充足时，首先要确保无功电源的供应效果。当系统比较缺乏无功功率时，通过无功电源及时响应，使系统可以调节电压水平，全面确保系统电压的稳定性。对于含光伏发电经济调度、模型优化控制来说，可以采用系统节点电压加大约束效果。如果节点电压运行状态比较稳定，则必须采用最优化光伏并网控制机制。当无功功率、电压等级均处于标准范围时，可以保证系统运行的稳定与安全。当自动电压控制系统具有显著作用时，在实行光伏大量并网时，应当借助电压调节功能，以此确保光伏并网效果。

3 光伏并网和系统稳定控制系统

在应用光伏发电方式时，需要利用太阳能电池光伏板接收太阳光，同时将光能转化为电能，属于新型能源发电项目。我国多数地区都实行光伏扶贫政策，且不断扩大光伏总装机容量。对于装机容量小的分布式光伏、集中式光伏电站，都会受到光伏出力的不确定性与波动性要求，因此需要设置大量的辅助服务，此时光伏并网后，自动化控制系统运行稳定。以下为系统功率平衡约束。如果光伏发电出力不断变化，将会严重影响系统功率的平衡状态，从而加大系统的运行压力。

（1）

（2）

在式（1）、（2）内，PGi表示系统电源有功功率，QGi为无功功率，包含常规机组、光伏发电机组。PDi表示负荷有功功率，QDi为无功功率。NB表示系统总节点数。

为了提升系统运行的稳定性，需要将稳定控制措施配置到电网内，可以应用稳定控制装置，必须批量控制负荷、多轮切除负荷等。当系统运行稳定性受到影响时，可以自动控制负荷。按照负荷等级重要性、分布特点，可以采用分轮切除方式，使系统处于稳定运行状态。当系统内多为光伏发电方式时，将会导致光伏出力的大小存在差异，此时对系统控制稳定装置的控制策略、控制性能均具有严格要求。实行负荷切除操作后，采用多能互补措施、储能装置设施，可以符合系统弃光电量的标准要求。

为了促使光伏发电的高效发展，不斷形成统一化标准体系，还应当处理好2个问题。1）提升电网发展的高效化、智能化水平，推广应用可再生能源，建立绿色生态型网络，同时加强太阳能发电并网效率。提供高速双向通信技术，可以发挥出测量功能、传感功能、控制个数以及决策支持功能等，使电网朝着智能化方向发展。2）加大区域互联技术的研究与开发，注重开发和消纳清洁能源。在网络体系发展过程中，必须关注微能源网发展问题，将其作为互联网的核心能源单位，通过能源存储、优化配置等方式，可以实现本地能源生产，确保用能负荷的平衡性，按照实际需求供电，以此确保公共电网的互动灵活性。

4 光伏发电的前景分析

根据相关预测可知，太阳能光伏发电将会占据世界能源消费首位，不仅可以替代传统能源，还可以成为新能源的主体。在2030年左右，可再生能源在总能源结构中的占比持续扩大，太阳能光伏发电的比例也会持续上升。到2040年，可再生能源在总能耗中的占比将会超过50%。在22世纪前，可再生能源的占比将会达到80%以上，且太阳能光伏发电的占比也会不断增加。通过上述预测数据可以看出，太阳能光伏产业发展前景广阔，并且对发电行业的影响非常大。同时，随着信息技术的成熟发展，分布式发电会逐渐形成集中式电站，发电系统可以和公共电网连接在一起，同时连接到高压输电系统，不仅能够降低成本费用，还可以减少运输损耗。当光伏发电站建设规模比较大时，则会持续降低光伏系统成本。针对具备储能功能的光伏并网体系，还能够实现光储调控一提化，确保有功输出的最大化，积极响应电网调度需求，满足电网调度的要求。通过应用储能系统，还能够降低充电对电网自动化控制系统的冲击影响，全面维护电网质量。通过应用新信息技术，还能够提升光伏并网的智能化水平，以此实现实时运维监控，准确预测发电运行，以此减少光伏并网难度，全面提升发电效率[4-7]。

在未来发展中，信息技术研究必须围绕光伏并网产业开展，实现光伏并网系统的集成化开发，同时建立运行能源装置与智能化实验室。应用数字孪生技术，能够结合云计算技术、物联网技术和智能电网，全面处理光伏并网的储能调功分配问题，同时可以优化分层分级控制问题。实行集中式运维管理，建立能源生态体系和物联网体系，促使光伏并网进入到低碳发展阶段。针对光伏并网体系建立分级多目标算法，全面掌握光伏电站信息数据，以此提升信息运行维护效益，确保决策的科学性，提升光伏电厂运行的高效性与安全稳定性。

5 结语

综上所述，相对于传统能源技术来说，光伏发电不产生环境污染，且应用安全性比较高。该项技术采用太阳能原料，可靠性与稳定性高，且运行期间不会产生噪声污染，不会受到地域与资源分布的影响。我国多数地区都可以应用太阳能资源，相应扩大光伏发电的发展前景。由于光伏发电具具备可持续性特点，会持续提升能源结构的占比。所以必须采用光伏并网处理方式，持续扩大光伏并网的规模，促进光伏产业的发展。

参考文献

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