分析大规模光伏发电入网对电力系统的影响

（国网山东济南市历城区供电公司，山东济南，250100）

分析大规模光伏发电入网对电力系统的影响

李 娟

（国网山东济南市历城区供电公司，山东济南，250100）

本文从大规模光伏发电入网的内涵和建模两个方面对大规模光伏发电入网进行了阐述，着重分析了大规模光伏发电入网对电力系统的影响，从而为我国的光伏发电产业的发展奠定坚实的基础。

大规模；光伏发电入网；电力系统；影响

0 前言

近年来，全球的经济面临着资源与环境的双重压力，世界各国也不断加大对发展新型能源的重视程度。尤其是在电力产业中，传统的发电方式以火力发电和水利发电为主，这就使得煤炭资源日益枯竭，加上逐渐严峻的水资源污染现状，如何改变传统的高耗能发电方式是电力企业高度关注的研究方向。

1 大规模光伏发电入网的概述

在光伏发电行业的发展中，其在电力系统中的比例呈现直线上升的趋势，从某种程度上讲，光伏发电对电力系统的整体规划、调度以及控制等方面都产生了一定的影响，因而也逐渐引起了人们的高度关注。

1.1 大规模光伏发电入网的内涵

自光伏发电应用以来，其发电总量以每年20%以上的速度持续增长，尤其是在国外的一些发达国家，纷纷制定了光伏发电政策和相关规划，加大了光伏发电行业的发展，并促使其由偏远地区的用电朝着城市生活用电的方向前进。就光伏发电的发展现状来说，发展最为迅速的是光伏发电并网系统，其应用原理如下：光伏发电并网系统主要依据光伏电池方阵而形成电流，并通过将电流送入到并网变压器和逆变器进行运行后便直接输送至公共电力系统中，因而省略了蓄电池的储能环节，降低了能量损失，减少了投入成本，也使得占地空间更小，防止蓄电池发生污染现象。与此同时，光伏发电还具有一些独特的优点，例如，光伏发电并网系统能够根据负荷量对供电量进行调节，拥有很强的影响；光伏发电并网系统内部并没有运动部件，因此不容易被损坏，维护起来也很方便，非常适用于无人看守的区域；还有就是光伏发电并网系统的操作性很灵活，具有较强的灾害适应能力，与此同时还可以平衡电网机组之间的负荷量，降低线路中的不必要损耗。此外，当前大规模光伏发电也采用入网的形式，但由于其内部的逆变器离散动作，加上发电过程具有间隙性，就会使得在输送电网功率的过程中影响整个电力系统电压的稳定性，进而给电能的质量带来一定的波动，总之，要想确保电网的安全稳定运行，就需要对大规模光伏发电入网问题进行研究，并提出相应的解决办法。

1.2 大规模光伏发电入网的建模

基于以上所述，光伏发电并网在应用过程中具有很大的优势，但与此同时，受到光伏电池的随动性、逆变器的离散型等缺点的影响，光伏发电入网会引发电力系统电压稳定等相关问题，因而就需要分析光伏发电入网系统对电力系统的影响。下面，首先将对大规模光伏发电入网的四种建模进行简单介绍。一是光伏电池以及其阵列模型。这个模型是在单二极管模型的基础上建立的，并通过基尔霍夫原理构建了光伏等效电路，简化了理论的公式，最终得到了数学表达式，而这个表达式非常适用于计算工程问题。此外，光伏阵列的模型则可以以光伏电池模型为依据，根据光伏电池之间的串联或并联关系而得到。二是换流器以及内环控制模型。其中，换流器的结构分为内环与外环的双环控制，外环主要控制输入的电压，并为内环提供控制的参考电流，从而确定光伏发电的最终入网战略；而内环则是按照外环生成的参考电流进行输入，之后通过控制环节以及换流器来达到电流入网的目的。三是光伏发电的动态模型。一般来说，在建立动态模型的过程中，要构建多个光伏发电的状态方程，并将其组成方程组，与逆变器和MPPT控制中转变的状态方程进行联立，最终实现光伏发电系统模型的建立。四是光伏发电系统模型。也就是基于光伏发电的动态模型原理来建立系统仿真平台，并运用大规模光伏发电入网的仿真手段来完成对入网过程的控制，最终成为发电站建模的重要功能模块。

2 大规模光伏发电入网对电力系统的影响

当前，在大规模光伏发电入网的发展过程中，也存在着一些制约因素，具体如下：

2.1 大规模光伏发电入网对系统无功电压特性的影响

一般来说，大规模光伏发电的位置大多数在海拔比较高、拥有长时间日照的荒漠戈壁地区，这些地区的人口数量非常少，而且需求的电量也比较低，这就使电力系统的负荷水平比较低，光伏发电入网的区域也不会出现电网短路现象。但在传输光伏发电产生的电能时，由于距离较远，往往需要借助于高压输电网，这时就会影响整个电力系统的无功平衡性，最终导致输送线路中的母线电压产生大幅度的波动状况。与此同时，这些地方的实际电网电压的支撑能力很微弱，因而会使电压出现不稳的情况，严重时就会降低配电网的电压质量。

2.2 大规模光伏发电入网对功角稳定性的影响

当前，大规模光伏发电入网之后，系统就可能产生随机波动或无转动惯性，进而影响电力系统中原有的通道传输功率和潮流分布，与此同时，也减小了电网的等效惯量，最终导致功角稳定性的变化，其中，电力系统的结构、运行方式等实际情况决定着功角稳定性变化的方向和大小[4]。此外，当大规模光伏发电入网后还会引发电力系统产生脱网的问题，特别是当完成集中化与规模化后，其对于电网的影响力会更加强大。通常情况下，功角失去稳定性主要在于振荡型的失调，而且入网的逆变器会进行不同的控制策略，进而使得电网的阻尼发生改变。

2.3 大规模光伏发电入网对电能质量的影响

目前，在大规模光伏发电入网过程中，其实质就是扩充原有电力系统的电源结构，加上光伏发电机组的数量和规模都不相同，因而导致电力系统的电网构架发生了变化，最终就会使电网失去对潮流分布的有效控制，并引致电压质量的降低。与此同时，随着人们生活水平的提高，用户终端电子器械的数量持续增加，用电量也呈现日益上升的趋势，进而为电力系统带来了许多负担，甚至会造成光伏污染现象。

2.4 大规模光伏发电入网对有功频率特性的影响

光伏发电的特性有很多，例如波动性、电源的静止、入网后的无转动惯性以及频繁的脱网现象等，因此，一旦电网中接入大规模的光伏发电后，系统就会出现失稳的状况，从而从根本上影响着整个电力系统的安全稳定运行。此外，光伏发电会带来大量的随机波动，不仅冲击着电网的整体平衡，还会使其发生一次或二次调频，甚至还会对电力系统的有功频率特性产生影响。此外，一旦接入大规模光伏发电之后，还需要及时的对电力系统优化措施进行调整，加上由于电源是静止的这一特性，如果光伏发电的规模过大，电源就会呈现明显不足的现象，因而为了不断满足光伏发电的需求，就要对电源进行更换，严重时会造成光伏发电入网系统的功率过大，最终导致系统崩溃，进而采取维护系统的操作。

2.5 大规模光伏发电入网对小扰动稳定性的影响

就大规模光伏发电的入网过程来说，由于在这个过程中没有机械和电磁量失衡的动力问题，但从另一方面讲，却存在着小扰动稳定性的现象，从而不利于实现系统的功能。据分析可得，系统的功率会受到光伏发电的影响，因此，电力系统的运行出现了不稳定的问题，且这些现象发生于电力系统中的最大功率出，这主要是由于系统的直流侧电吸收了不平衡的规律，最终减小了电容的储存能力。

2.6 大规模光伏发电入网对配电系统保护的影响

在电力系统接入大规模光伏电源之后，会对配电系统的继电保护产生一定的影响，主要如下：首先，当前的电网结构多为复杂的拓扑结构，因而当大规模光伏电源接入后，产生故障电流，所以影响原有的配电系统保护功能，或是引发保护装置的误动或拒动；其次，由于变压器具有不同的接入方式，并且逆变器也会产生接地回路，一旦产生单相接地故障，就可能增加未短路相的对地电压，从而使继电保护的动作发生改变；再者，在一些敏感的光伏发电入网系统中，变压器需要对低压穿越、三相不平衡等问题进行保护；最后，大规模光伏发电入网会影响对配电系统中的线路三相一次重合闸的应用。

3 结束语

综上所述，光伏发电是一种清洁的发电方式，从某种程度上讲，能够缓解我国日益紧张的能源问题，从而促进供电企业的可持续发展。目前，在大规模光伏发电入网的过程中会对电力系统的无功特性、功角稳定性以及电能质量等造成一些不确定的影响，并危害着大规模光伏发电机组的平稳有效运行。鉴于此，为了更好的发挥光伏发电能源的作用，在大规模光伏发电入网系统的应用中要进行慎重的考虑，并进一步研究其对电力系统的各种印象，消除一切制约光伏发电入网的问题，进而不断提高我国的光伏产业发展，促进电力事业的稳步前进。

[1] 李石头，王小川.刍议大规模光伏发电对电力系统的影响[J].河南科技, 2014，9（20）：48-50.

[2] 阳水财.浅析大规模光伏发电对电力系统的影响[J].科技与创新, 2015，12（4）：121-123.

Analysis of large scale photovoltaic power generation network impact on power system

Li Juan
(in Shandong District of Ji'nan city power supply company, Shandong Ji'nan,250100)

In this paper,from two aspects of the connotation and modeling of large-scale photovoltaic power network of large-scale photovoltaic power network are described, focuses on the analysis of the large-scale photovoltaic power generation network influence on the power system, so as to lay a solid foundation for development of the PV industry in our country.

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