试论大规模光伏发电对电力系统的影响

[摘 要]随着能源的不断开发与利用，能源短缺问题日益突出，因此，发掘利用可再生新能源是全世界都共同关注的话题。以太阳能为主要能源的大规模光伏发电形式成为新电力系统的主要发展方向。本文主要论述大规模光伏发电对电力系统的影响。

[关键词]大规模 光伏发电 电力系统 影响

中图分类号：TM615；TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0135-01

随着人类的发展，自然资源的不断开发与利用，资源短缺的现象越来越严重。因此，如何合理利用可再生资源成为人类共同面临的主要问题。太阳能发电的使用为电力系统注入了新的活力。大规模光伏发电在电力系统中的地位越来越重要。

一、 大规模光伏发电的现状和发展前景

（一）大规模光伏发电的现状

光伏发电是一种将光能转化为电能的一种技术，它的产生原理是利用半导体界面的光生伏特效应原理。光伏发电由太阳能电池组件、控制器和逆变器组成。 太阳能是一种分布广泛的可再生资源。在我国太阳能资源的分布很广，尤其是我国的西北地区。伴随着光伏组件的成本越来越低和技术的不断创新，将太阳能转化为电能成为电力系统中越来越重要的一部分。大规模的光伏发电是今后不可限量的可再生资源。

当前我国太阳能光伏发电主要应用于独立光伏发电系统中，比如农村电气化和通信、工业供电、建筑集成系统和荒漠光伏电站中都有应用。独立光伏发电系统的供电电源是利用光伏组件方阵，成立小型电网为居住在一个区域的居民进行供电的系统。其供电半径不超过一千米，以确保处于最后位置的用户的供电电压正常运行。此系统通常应用在偏远山区和沿海的村落中，帮助他们解决供电困难。除了独立光伏发电系统还有并网光伏系统，它是将太阳能电池组合通过电力变换器与电网并联发电。

太阳能光伏发电不仅仅在独立光伏系统、并网光伏系统以及大规模光伏电站领域中有运用，太阳能光伏发电的应用还在不断地延伸和发展，比如石油、交通、野外监测、城市应用、军事领域、通讯事业等方面。

但是，在太阳能光伏发电的应用上，我国光伏发电还存在很多不足。首先，对于光伏发电的原材料需要国外进口，而制作太阳能电池却用于出口。因此，光伏发电的成本很高。其次，由于国外市场限制进口太阳能电池，影响到我国的伏电产业的经济利益，不利于伏电产业的发展，再加上国内光伏产业的不断增加更影响其产业的发展。第三，对偏远地区的独立光伏电站的维护没有得到及时地处理，成为光伏发电的效能得不到发挥。最后，虽然有《可再生能源法》的保障，但是其实施的效果却不明显，有待提高。

综上所述，太阳能光伏发电虽然存在一定的问题，但是，其发展前景确是光明的，大规模的光伏发电在许多领域都会得到有效的利用。同时，可以解决可再生资源的开发与运用。

二、 大规模光伏发电对电力系统的影响

（一）大规模光伏发电对有功频率特性的影响

光伏发电的特性决定了大规模光伏进入系统时，会使系统的状态发生改变，因而影响系统的正常运行。光伏波动对系统的有功频率具有很大的影响，进而使频率的质量超越限制的风险增大。光伏的进入也会影响系统备用优化策略，同时多种类型电源的有功频率和调频参数也要及时适应。而且，光伏电源是不旋转的静止元件，因为要替换常用的电源，系统相同效果旋转动惯量下降，使系统应对功率缺额和功率波动的能力降低了，特殊的功率状况功率会发生极大的变化，造成许多运行方面的问题。

（二）大规模光伏发电对无功电压的影响

大规模光伏发电主要在沙漠地区，这样的地区负荷水平偏低，电网的短路容量小，大规模光伏发电要通过高压输电网进行长距离送到，其波动的有功频率穿过附近区域电网和输电通道，对电网无功电压有影响，对途径的主线电压会产生影响。而且，光伏电源无功电压的控制能力不高，产生电压质量和稳定性的危险。大规模光伏进去既定的电网，改变了电网的原本构架，单一电源演变成两个甚至两个以上的电源模式，使整个电网的控制增加了难度。

（三）大规模光伏发电对功角稳定性的影响

光伏电源由于是静态元件，其自身不参加功角振荡，因此，它的稳定性不会有波动。但因为它拥有随机波动等特点，大规模光伏进入电网，影响了电网既定的传输速度和潮流的分布，缩减了系统的等效惯量。由于光伏具有动态的控制功能，大规模光伏进入，电网功角稳定性受到很大的影响，光伏进入对功角稳定性具有双面的影响，既能改进功角稳定性也能对功角稳定性造成危害。光伏并网还能造成脱网的风险，影响系统的稳定性。青海光伏基地是我国第一个大规模的光伏基地，它的大规模进入影响了整体布局，影响了功角的稳定性。因为光伏发电系统具有独立控制的特征，因此可以利用光伏发电系统来控制电网功角振荡的方法。

（四）大规模光伏发电对小扰动稳定性的影响

光伏电池虽然没有动力学稳定问题，却有电气运行不稳定问题，因此大规模光伏进入对电网的稳定性有影响。小扰动分析法可以分析出电网运行的不稳定性部分，其不稳定部分多出现在与最大功率接近的地方。不稳定功率的发生使直流侧电压升高，影响电源的稳定运行。

（五）大规模光伏发电对电能质量的影响

伴随着大规模光伏的进入，电子的应用系统加入了大量非线性负载，造成电力系统污染，使电能质量受到影响。在太阳光剧烈变化和输出功率低下的状况下，会产生很大的谐波，也会产生电流谐波叠加等问题。国内外许多大型光伏电站的运行经验说明了多台并网逆变器的电流谐波很有可能超出标准。面对这个问题，可以对多台逆变器电流谐波问题进行建模，分析出电网阻抗耦合效应在大型光伏电站逆变器并联系统中的存在，是影响并网电流谐波含量超标的关键，滤波电容是光伏电站长距离输入电网，造成谐波不稳的可能因素。光伏波动会影响电压变动的诸多问题。对光伏进入电网后的电能质量问题，提出了控制谐波的有效途径：比如增加谐波补偿器、无源固定频次滤波器、有源滤波器和混合滤波器等。

（六）大规模光伏发电对配电系统保护的影响

光伏电源接入配电网后会对配电网故障有影响，继电保护和自动装置会受到不同程度的影响。首先，多电源的复杂结构会影响故障的电流的各个方面。第二，以变压器连接方式为依据，逆变器形成接地回路影响着电流和电压，会对继电保护的动作特性产生影响。第三，对敏感的并网光伏变换器添加了一定的保护，低电压超越、输出直流分量超出标准和输出谐波超出标准等。第四，非同期合闸是 PV系统反孤岛保护功能时间无法配合自动重合闸等装置引起的。为预防非同期合闸的发生，对有逆变器接入的线路，逆变器反孤岛保护最大动作时间要大于三相一次重合闸起动时间。

高密度光伏发电系统是数条或者一条低压配电线路接入相同主线而发电。光照变化受到光伏发电功率的影响，导致配电网部分电压发生波动。当一些与高密度光伏发电系统相同主线的馈电线路发生短路时，可能会导致上下级熔断器无法配合，严重地会使流过某些负荷支路上的短路功率超过断路器的遮断容量。

结语

随着人类资源的不断开发，资源出现匮乏的状态，因此，可再生资源的开发成为全人类共同面临的难题。以太阳能为主要形式的大规模光伏发电的应用，对电力系统有许多方面的影响，大规模光伏发电的发展前景也是可观的。

参考文献

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