光伏发电对电力系统的影响及管控措施_3

光伏发电对电力系统的影响及管控措施
发布时间：2023-02-17T07:16:58.871Z 来源：《科学与技术》2022年19期作者：赵玉印[导读] 人类对化石能源枯竭与环境恶化的担忧导致对清洁能源需求增大，随着光伏发电在电力系统中装机容量增大，对电力系统规划影响引起人们的关注。

赵玉印
摘要：人类对化石能源枯竭与环境恶化的担忧导致对清洁能源需求增大，随着光伏发电在电力系统中装机容量增大，对电力系统规划影响引起人们的关注。

光伏发电呈现规模分散开发、中高压接入、外送消纳方式并存的格局，对电力系统影响巨大，国内外工程界研究热度不减。

本文从多角度对国内外有关大规模光伏发电与电力系统影响研究现状梳理，为开展深入研究提供参考。

关键词：光伏发电；电力系统；影响；管控措施 1.光伏发电及并网系统
光伏发电行业在电力系统中占比不断增大，光伏发电对电力系统规划等方面产生一定影响。

发电总量每年以20%的速度增长，发达国家制定光伏发电政策，促使其向城市生活用电方向发展。

光伏发电发展最迅速的是并网系统，通过将电流送入并网变压器运行后输送至公共电力系统，减少投入成本，防止蓄电池发生污染现象。

光伏发电具有独特优点，如并网系统根据负荷量调节供电量，光伏发电并网系统无运动部件，维护方便。

光伏发电并网系统操作灵活性强，可以平衡电网机组的负荷量，当前大规模光伏发电采用入网形式，由于内部逆变器离散动作，导致输送电网功率中影响电力系统电压稳定性，要想确保电网安全运行，需要加大对光伏发电入网问题的研究。

光伏特效应是不同极性半导体材料结合生成异质结，内部载流在光照下移动产生内建电场形成电压，异质结连接外电路，光照下PN结构结内部光生再流子定向移动过程为光伏发电。

大规模光伏发电通过组合排列光伏器将太阳能转化为电能，目前我国大规模光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和能源储存装置。

光伏发电具有独特优点，如并网系统根据负荷量调节供电量，光伏发电并网系统无运动部件，维护方便。

光伏发电并网系统操作灵活性强，可以平衡电网机组的负荷量，当前大规模光伏发电采用入网形式，由于内部逆变器离散动作，导致输送电网功率中影响电力系统电压稳定性，要想确保电网安全运行，需要加大对光伏发电入网问题的研究。

光伏特效应是不同极性半导体材料结合生成异质结，内部载流在光照下移动产生内建电场形成电压，异质结连接外电路，光照下PN结构结内部光生再流子定向移动过程为光伏发电。

大规模光伏发电通过组合排列光伏器将太阳能转化为电能，目前我国大规模光伏发电系统包括光伏组件、逆变器和能源储存装置。

2智能光伏发电的发展
智能光伏发电在我国的发展前景巨大，一方面是做到了节约资源，而另一方面是所创造的利润十分可观。

我国对智能光伏发电的应用主要集中在独立光伏发电系统方面，碳中和大时代企业ESG（环境、社会及公司治理）项目，紫金山矿区一期装机2.9MW，利用建筑的砼屋面、彩钢瓦屋面及绿化恢复后的子坝建设光伏发电，于2021年7月投入运行，产生了显著的经济和社会效益。

光伏发电在农村应用较为广泛。

利用光伏组件仿真技术建立的独立光伏发电系统为居住在一个小型区域的居民提供用电，尽管其供电半径在一千米以内，但为解决偏远山区以及沿海村落用电工作发挥了重大的作用，有效解决了当地电能短缺的问题，为人们的生活提供了便利。

现阶段，对太阳能的应用不仅限于独立光伏系统，在并网光伏系统以及大规模光伏电站领域中也有广泛的应用。

同时在军事领域、石油勘测、交通运输以及通信事业等领域，也发挥着重要的作用。

3智能光伏发电对电力系统的影响 3.1对有功频率产生的影响
光伏发电具有自身的特点，譬如光伏发电的电源属于静态原件，这导致其在接入系统后会发生一系列的变化，影响发电系统的正常运转。

另外大幅度的光伏发电以及频繁性的压力波动会对系统自身的平衡性造成一定的影响，在一定程度上增加了风险发生频率。

发电系统的优化策略也会因为光伏的接入而发生一系列的变化，与常规的机组相比，对不同类型的有功频率协调控制、参数设定等要提出适应性要求，由于光伏电源是旋转型的静止元件，随着大规模电源的接入，会降低不同系统的转动惯量，降低功率的波动能力，加剧不良风险的发生率。

3.2对无功电压特性所产生的影响
目前，智能光伏发电主要集中在沙漠以戈壁滩等相对偏僻、人员稀少的区域。

光伏发电在传输过程中需要通过较长的距离利用高压输电网进行传输，波动的有功频率在穿过附近区域电网、输电通道时，对电网的无功电压会产生一定的影响，同时在电压的传输过程中还会对途经的主线电压造成一定的影响。

并网运行中的光伏电源无功电压的支撑能力相对较弱，在此过程中，产生的电压质量越高，其电压失去稳定性的风险则越大。

从配电网的角度上来说，光伏的接入使原有的电网结构发生了改变，单电源结构变成了双电源结构，在分布及方向上也呈现出多变的现象，受到光伏的接入位置以及出力不足情况的影响，使得控制难度增大。

3.3对功角稳定性产生的影响
光伏电源所用到的电源属于静态原件，自身是不参加功角振荡的，它的稳定性不会出现波动，但是由于光伏电源自身具有随机波动等特点，使得大量的光伏进入电网，对电网既定的传播速度以及电力潮流分布产生了影响，并对电力系统的等效惯量造成缩减。

接入的光伏会对功角的稳定性造成改变甚至是恶化，光伏电网也还会因故障穿击保护能力不足而引发拖网，尤其是在光伏规模化、集中化后，将增强拖网给电力系统带来的冲击力，这种情况下则需要结合并网的具体情况来评估拖网的风险。

3.4对小扰动稳定性产生的影响
大多数的光伏电池在使用过程中不会出现电磁量和机械不平衡等现象，而出现电气运行不平稳的情况，这对电网的稳定性会造成一定的影响。

光伏发电系统的接入可以从根本上改变系统原有的功率，在以往的工作中，我们通过分析小扰动法可以得出光伏发电系统内部会出现不稳定的运行情况，并且这种不稳定的现象主要集中在最大功率点的附近，由于系统的不平稳性直接被直流电所吸收，电容的存储能力减弱，会对发电系统的正常运转产生影响[2]。

3.5对电能质量产生的影响
对电网的运行情况加以评估时，通常所采用的参数为电能质量。

当智能光伏发电接入以后，原有的电源结构在一定程度上得到了扩充，同时会导致光伏发电在系统数量以及规模方面产生一定的差异，对电网的结构产生一定的影响。

在这些因素的影响下，电网大的分布现状得不到有效控制，在一定程度上降低了电压的质量，对用户的实际体验产生了消极影响。

光伏发电使用电子器件的数量不断增加，电能资源的损耗增加，发电系统的运行负担也随之增大，对智能光伏发电是非常不利的。

3.6对电力系统的保护所产生的影响
为了能够保障电力系统的正常运转，需要完善电力保护措施，比如采用反孤岛功能装置，通过微机反孤岛保护装置进行智能保护。

当大量的智能光伏发电接入到电力系统后，会导致原有的配电系统压力增大，引发一系列的故障问题，包括网架结构由原来的单一电源转换成双电源结构，原有的电流以及方向会有巨大的变化。

另外由于光伏发电的介入导致变压器的链接方式发生变化，和逆变器形成接地回路，这便导致设备发生故障。

而单相故障问题的发生，还会使原有的继电保护性能发生一定的变化。

当光伏发电加入后，需要对其建立保护措施而增加设备，这样也会对原有的平衡状态造成一定的不利影响。

4结语
光伏发电是清洁的发电方式，可缓解我国日益紧张的能源问题。

目前大规模光伏发电入网中对电力系统无功特性及电能质量等造成不确定影响。

为发挥光伏发电能源作用，要慎重考虑大规模光伏发电入网系统应用，研究电力系统各种印象，促进我国光伏发电产业健康发展。

本文从大规模光伏系统建模，光伏外送关键技术等方面对研究现状归纳，提出研究重点，未来需从大规模光伏电站安全监控等方面深入研究。

参考文献
[1]丁明，王伟胜，王秀丽，等.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（1）：1-14.
[2]胡学浩，周孝信，白晓民，等.极大规模光伏发电在我国的发展前景展望[J].科技导报，2004（11）：4-8.。