大规模光伏发电对电力系统的影响

[摘 要]光伏发电是一种清洁能源，大规模的光伏发电并网可能会影响电力系统的稳定性，分析大规模光伏发电对电力系统的影响，希望可以研究出有效的解决措施，提高我国电力系统的整体发电水平。

[关键词]光伏发电 电力系统 光伏并网 影响分析

中图分类号：TM 715 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0250-01

一、光伏发电并网系统概述

光伏发电并网系统需要利用光伏电池的方阵组合形成有效的电流，进入到电网的逆变器中，在并网的过程中不需要进行储能，而是通过逆变器直接将光伏电源并入到公共电网中，因为不需要中间的储能过程，所以光伏电源在并网时能量消耗的比较少，可用的电能也就更多。但是在进行大规模的光伏发电并网时，因为需要通过逆变器，所以会产生大规模的离散动作，这就会导致光伏电源在功率传输时影响电压的稳定性，这个问题时电力行业急需解决的一个问题。

二、大规模光伏系统的仿真建模

（一）光伏电池阵列模型

光伏电池的阵列模型是以单二极管模型等效电路为基础建立的，光伏电池的阵列模型与光伏电池之间的串并联关系有关，该模型建立的关键是如何计算光伏组件之间的峰值差异，这点影响着集群性光伏列阵逆变器模型的建立。

（二）换流器以及内环控制模型的建立

光伏发电并网时的暂时特征与换流器有关，现在光伏发电的换流器大多是内外双环控制方式，外环控制电压的输入，经过一系列的控制流程之后计算出内环控制的电流参考，体现出外环控制的特性。内环控制电流的输入，输入的电流以外环控制得出的参考值为准，通过内环以及换流器的有效转换把光伏电流顺利的加入到电网中。

（三）光伏发电系统的动态模型

光伏发电的动态模型在建立时需要对发电系统中各个部分的发电状态进行分析， 建立各部分的状态方程，并且把逆变器和MRRT控制环节的控制状态转变为方程，把所有的方程全部组建在一起，成立光伏发电状态方程组，建立动态模型，这种动态建模的方法比较常用。还有其他的动态建模方法，例如等效二端网络建模、等值电路建模等等。

（四）光伏发电系统的稳态模型

光伏发电系统可以通过对电压和电流进行调节接入到电网中，经过光伏发电的调节计算可以划分为有功输出、恒定节点电压和恒定节点电流。在进行并网时，光伏阵列必须具备无功补偿装置，在无功补偿时很多电压的输出都与节点电压的幅值有关，所以在光伏发电系统稳态模型建立时，需要建立逆变桥、滤波等稳态设施的方程模型。

以上述几个流程作为光伏发电模型的建立基础，建立起光伏电站的动态稳态仿真模型，并且模型中每个模块的自定义功能非常全面。这样就可以以模型为基础，进行全面的并网分析。

三、大规模光伏发电入网对电网系统特性的影响

（一）光伏发电并网对电压稳定的影响

光伏发电在并网时影响电压的稳定性主要有两个原因，第一个是电网原本有功和无功负荷的变化，第二点是光伏并网导致电压的输出功率产生变化。

例如图2 中的E表示了电网输出端的电压幅值，V就表示了电压的向量，R和X表示了并网电阻和电抗，I则表示了有功和无功的电流向量，光伏发电在进行并网时因为受到逆变器的影响，有功作用所产生的电流要远远比无功做用时产生的大，无功电流甚至在某些时候为零。

为了能够更加明确并网对电压稳定的影响，就需要仔细观察光伏发电与并网电网区域的负荷是否匹配，如果光伏发电与并网区域的负荷匹配，那么就说明了光伏发电的电压输出功率满足并网要求。在电网的功率负载时进行光伏发电的并网，并网时电网的运行状态比较稳定，可以促进电网的稳定性；但是光伏发电的电压输出功率与并网区域的负荷不匹配，那么并网就会使电网的电压更不稳定。

（二）光伏发电入网对功角稳定性的影响

光伏电源本身是及其稳定的，它不会参与到功角的震荡当中，所以不会影响功角稳定性，但是光伏电源在入网时对电网原有的功率分布、电力传输功率等全都改变了，使电网原本的功角稳定性发生变化，这种变化与电网原本的拓扑结构有关，有可能影响是有利的也有可能是不利的，具体的情况还要很据电网的具体拓扑结构和模型分析才能得出。光伏发电在进行并网时可能会出现脱网现象，这种现象会给电网的稳定性带来极大的冲击。

功角失稳有一种类型为振荡型失稳，这种失稳使原本的系统运行点发生了变化，改变电网运行阻尼，这种失稳不但会造成机电振荡模式，还能给范围内的其他频段造成振荡。振荡的程度与光网接入位置和并网时的穿透率大小有关。

（三）对电网供电质量的影响

随着大规模光伏发电接入到电网当中，电网中的非线性负载也越来越多，这就有可能影响电力系统的供电质量。非线性负载的加大使电网逆变器的开关出现延时，电力输出产生了谐波，而且随着光伏发电并网时间的延长，谐波的变化也会越来越剧烈。即使并网的范围比较小，产生的谐波不会过大，但是多个逆变器同时产生谐波也会使供电质量降低。因为光伏发电是以直流的方式把电能注入到电网中，这就会导致电压发生变化，出现电压偏差和频率的波动，所以在进行光伏发电的并网时需要专门安装隔离变压器，并把电网原本的拓扑结构进行更改。

结束语

光伏发电可以有效的解决我国资源紧张的问题，但是大规模光伏发电的并网对电力系统造成的影响非常大，对原本电力系统的稳态，以及无功特性和功角稳定性都造成了不确定的影响，所以在进行大规模的接入并网之前一定要仔细考察和研究，使影响能够最大化的消除。

参考文献

[1] 丁明，王伟胜，王秀丽，宋云亭，陈得治，孙鸣. 大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]. 中国电机工程学报，2014，01：1-14.

[2] 李石头，王小川，胡彦雪. 刍议大规模光伏发电对电力系统的影响[J]. 河南科技，2014，20：20-21.

[3] 冯绍兴. 光伏发电并网对电力系统电压稳定的影响分析[D].郑州大学，2014.

[4] 索江镭，胡志坚，刘宇凯，张子泳. 大规模光伏发电并网对互联电力系统阻尼特性的影响及其阻尼控制策略[J]. 西安交通大学学报，2015，02：99-105.

[5] 冯绍兴，高金峰，李肖.一种光伏发电并网对电力系统电压稳定的影响分析[J].电测与仪表，2015，01：97-100+110.