大规模光伏发电对电力系统的影响分析

第一章 : 绪论在全球能源形势紧张、 全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天， 世界各国都在寻求新的能源替代战略， 以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。 环境状况已经警示我国所能拥有的排放空间已经十分有限了， 再不加大清洁能源和可再生能源的份额，我国的经济和社会发展就将被迫减速。提高可再生能源利用率， 尤其发展太阳能发电是改善生态、 保护环境的有效途径。太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点，在太阳能产业的发展中占有重要地位。1.1 本课题的研究背景及意义近年来对于化石能源枯竭、 能源安全和环境恶化等一系列问题的产生导致了全球对清洁、 可再生能源的重视大大提高了， 越来越多的国家已经做出大规模开发利用光能发电、 风力发电的规划和对策， 清洁、 可再生能源发电在电力系统中所占的比重正在加大，一个全新的挑战已经来了。我国的可再生能源的蕴藏含量是十分丰富， 但我国地区资源分布不均的情况也是十分明显以及棘手的。 近年以来我国的可再生能源的发电量已经深处世界前列，不仅是风能发电还是光伏发电都取得显著的进步。对于光伏发电来说， 随着光伏发电在电力系统中装机容量的不断增加， 它所随之而来的对电力系统规划、仿真、调度、控制影响也引起人们的重视、光伏发电“规模化分散开发、中压接入、高压远距离外送消纳”两种方式为主，不管从哪个方面来看， 对电力系统的影响都是巨大的。 所以不论是我国还是国外的工程界和学术界的研究热度不减，进展也十分迅速。图 1.1 光伏发电站与风能发电站本文的核心内容在于从多个方面， 对国内外有关的大规模光伏发电与电力系统之间的相互影响的研究现状和效果进行整理和综述， 为以后开展更为深入的研究提供参考。1.2 国内外研究现状中国的光伏发电具备良好的资源发展基础。 根据初步分析， 光伏发电在中国发展潜力大、 发展前景良好。 中国光伏发电技术较为成熟， 依靠利用国外的前卫技术进行发展， 但是仍然存在造价成本过高的问题。 为了应对近几年国际市场对光伏发电的大量的需求以及在国内产业政策的推动下， 大大加快了我国光伏发电的发展速度。太阳能电池产量在近十年来曾加了几千兆瓦，取代了日本和欧洲，成为世界太阳能电池第一生产大国， 在世界太阳能电池产量上占据重要地位， 在世界前 35 家主要太阳能厂商中，中国已经有了 20 家以上。这几年为了由于太阳能电池的重要材料之一的高纯多晶硅材料供应严重不足， 中国已经有大约 20 家企业动工新建生产线， 总生产能力超过 15 万吨， 总投资额超过 1000 亿元人民币。其他相关配套材料和生产设备也正渐渐通过自主开发，形成新兴产业群体，从而促进成本下降和产业规模的不断发展。事实上，相较于发达国家而言我国对光伏发电的研究和开发发展比较落后，1980 年以后，政府才对其加大支持力度， 2002 年政府启动了“光明工程”，将太阳能发电作为发展的重点。在 2009 年，又推出了太阳能光电建筑应用示范项目和金太阳师范工程。根据中国有色金属工业协会硅业分会的统计，从 2002 年到 2010 年，中国的光伏装机容量从 20.3MW 增加到 500MW ，增长了 23.6 倍，年均增长 49.3%； 光伏发电累计容量从 45MW 增加到 797.5MW， 增加了 16.7 倍。根据统计， 2011 年中国国内新增加的光伏装机容量 2.7GW， 占到 2011 年全球新增光伏装机容量的 10%左右。我国的光伏发电容量已经达到了 7982.68MW，已经吵过了美国位居世界第三位，然而最关键的还是集中在我国的西部。中国 19个省共核准了 484 个大型并网光伏发电项目，核准容量是 11543.9MW；中国 15个主要省已经累计建成 233 个大型并网光伏发电项目，总的建设容量为4193.6MW， 2012 年兴建 98 个。由粗略统计得知， 中国陆地表面每年接受的太阳辐射 1.50× 108 亿 kW/h， 大概等于标准煤的 5× 1012t，大概可以抵得上几万个三峡工程年发电量的总和。我国的光能资源分布的最重要特点是： 光能的高值中心和低值中心都处于同一片区域，也就是北纬 22 度 ~35 度一带，高值中心是青藏高原，四川盆地是低值中心；太阳年辐射总量，东部地区低于西部地区，如果除去西藏和新疆的话，大致上是北部地区高于南部地区。如果所示。图 1.1 我国光能分布情况2012 年 11 月以来， 国家电网公司大力促进国家光伏产业及分布式能源的发展，一方面要求优化并网流程，简化并网手续，提升服务效率，另一方面，也对公用配电网提出了更高的要求。长期以来，我国中压配电网多为“无源网”，承担了为社会企事业单位和广大居民提供电能的使命， 其管理和运行模式均已具备较为成熟、 完备的技术水平。而随着大量分布式电源的接入，中压配电网已然形成为“有源网”，现有的管理和运行模式已不能满足中压配电网的运行要求， 各项运行技术参数亦发生了根本的改变，其接纳分布式电源能力对中压配电网管理者提出了更大的挑战。2014 年 5 月份，国家电网共受理分布式电源并网申请 534 件，环比上升71.15%，装机容量 9.76 万千瓦，环比下降 14.39%。 2014 年 1~5 月份，共受理并网申请 1328 户、 52.96 万千伏安，申请户数同比上升 277.27%，容量同比下降40.32%，其中光伏 1315 户、 43.79 万千伏安。今年以来，分布式电源新增量需求呈现户均容量小、居民光伏多、申请数量持续增长的趋势。如图所示 \ 图 1.2 各月分布式电源并网申请受理情况由此可见， 我国的光伏发电事业发展已渐渐步入正轨， 也为我国能源转型与未来可持续发展方面奠定了良好的基础。目前美国正在进行太阳能企业二次“双反”。目前，美国商务部宣布将针对中国大陆太阳能企业展开第二次 “双反” 调查， 打击从大陆经台湾绕道进入美国的太阳能产品。今年，美国对光伏组件的 需求量在 5~6 机瓦，其中来自我国的组件产品数量占到 50%以上，一旦“双反”出现不利裁决，或将影响 20~30 亿美元的出口总额。1.2 光伏发电的研究前景及其方向根据德国研究表明，要使得全球能源可持续发展得以实现的话， 那么可再生能源的替代比例必须要从 2020 年的 20%提高到 2050 的 50%。根据资料显示，到达地球的太阳光能大约是 1 千瓦每平方米，如果完全转化成为可以消费的能源， 1h 的太阳光能就能提供全球使用 1 年。中国土地辽阔，很多地方的光能贮备充足，事实上中国陆地上每年接受的太阳光能这和成标准煤的话， 1.7× 104亿t ，中国有四分之一的土地属于沙漠，沙漠化以及即将沙漠化的土地，即使只利用其中 1%的土地装配太阳能光伏发电装置，发电量就会满足全国的用电需求。在如今能源越来越紧张的情况下，光能资源开发利用的潜力还是巨大的。2012 年以来， 由于贸易保护主义和国际金融危机的冲击， 中国太阳能光伏发电产业的发展遇到了阻碍， 但从其他国家的节能减排政策和联合国的报告中可以看出，各国都将在 2050 年实现高比例的可再生能源替代作为发展目标，这将会帮助中国太阳能光伏发电产业的发展。 2012 年国务院发布了《》太阳能发电发展“十二五”规划》，提出到 2015 年中国太阳能发电装机容量达到 21GW以上；同年 10 月， 国家电网公司发布 《关于做好分布式光伏发电并网报务工作的意见》 ，很大程度地降低了光伏发电入网的要求； 2013 年国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》 ， 提出 2013 年到 2015 年， 年均新增光伏发电装机容量1000 万 kW左右，到 2015 年总装机容量达到 3500 万 kW以上，并且要将推进产业框架调整和技术进步作为重点任务。国家能源局明确指出，到 2020 年装机目标是 1 亿 kW，未来几年都是超过 10 个 GW的国内装机容量。到 2030 年整个能源需求达到 30 亿 t 标准煤， 2050 年达到 52 亿 t ，可再生能源在 2050 年的整个能源需求里占到 40%，在电力需求里可再生能源达到 60%的比例，光伏发电可能装机要达到 10 亿 kW。由此可以看出，得到了国家政策的扶持，我国的太阳能光伏发电产业也将得到快速的发展。因为中国生产的几乎所有光伏产品都用来出口， 并且我国又没有掌握其中的关键技术，使得光伏产品的成本很高，只要美国等发达国家采取“双反”政策，中国的光伏产业就会受到严重的影响，这就迫使我们进行技术创新、设备升级、提高转化效率，从而才能扩大中国的消费市场。由于资源条件和建设场地的约束， 我国的光能开发应该以大型光复电站和太阳能热发电集中式开发作为最重要的目标。 从开发格局来看， 西北地区因为大型光复电站发展比较迅速， 而且西北地区的太阳能发电装机的在全国的太阳能发电装机中占据着主要地位， 所以说， 我国最主要的太阳能发电开发区域将会以西北地区为重，并且保持长期发展。1.3 研究目标与关键因素、技术分析1.3.1 研究目标本文主要针大规模光伏发电并网后对电力系统的影响进行分析和研究。 通过建立光伏并网模型， 来观察光伏并网和孤岛以及功率输出变化时对并网点电能质量的影响。并从而总结以及分析，加以归纳。1.3.2 关键因素和技术分析大规模光伏发电对电力系统的影响分析关键技术涉及以下几个方面：1）光伏发电的建模与仿真，其中光伏电池阵列模型使用恒压源替代，主要模型包括光伏发电逆变器及其控制模块，三相全桥逆变器， PQ控制算法。2）。系统以一个光伏并网发电模型，通过改变并网输出的功率大小，也就是模拟实际晴天阴天，程序中设置在 0.5s时刻从额定功率减小为一半功率，在0.8s 时刻并入电网点的短路器断开， 模拟故障后的孤岛运行情况， 观察对电网电能质量的影响。主要是这个并网点的参数观察和分析3）针对光伏逆变器的控制才是光伏并网系统的核心技术。可能光伏并网逆变器的结构分类比较多，加上又有不一样的控制策略，但是· DC/AC 单元是必不可少的。本文主要针对 PQ 控制进行分析。4）由于光能具有间歇性、随机性、出力随机、功率不可调节的性质，大规模光伏发电接入时， 就会产生当地电力系统的一系列电能质量问题。 因此， 在光伏发电装机量大的地方， “弃光”的情况就会产生，产生光伏发电项目实际运行实际时间少， 资产闲置、 无法充分利用等问题。 所以太阳能消纳的问题也是本文研究的重点问题。5）由于太阳能本身所具有的随机性、间歇性的特点，同时为了提高长通道外送光伏电源的可控性，本文也将针对大规模光伏外送技术进行研究。1.4 本文的研究内容前面主要介绍了本课题的研究背景及意义、国内外研究现状、智能视频应用的发展与前景以及关键技术，下面主要介绍本文的研究内容：第一章， 绪论。 首先， 基于目前的输电线路外力破坏事故的多发以及智能电网推进工作的需要提出了本文的研究背景和意义， 简述了计算机视觉技术在输电用智能视频监控具有较大的应用价值。 接着， 分别介绍了国内国外对智能视频监测的研究状况， 详细阐述了视频监测技术在国外的三个发展历程， 以及在国内的市场潜力。绪论中还列举了国内外比较优秀的智能监控设备公司，如海康威视，安讯士等， 展示了他们的科研成果以及在实际日常生活中的运用。 由此可见， 计算机视觉在智能视频监控方面的应用研究都是热点。 最后， 阐述了本文的研究目标以及涉及的关键技术，进一步开展本文的研究内容。第二章， 计算机视觉技术相关的基本原理。 主要介绍了计算机视觉相关的基本原理，包括：颜色模型、尺度空间、图像滤波算法、运动目标检测算法以及运动目标跟踪算法等。 其中， 颜色模型主要介绍了 RGB 颜色模型和 HSV 颜色模型；介绍了尺度空间的基本原理和构建尺度空间的方法； 多种滤波算法的原理和实验效果等。主要是为本文相关算法的研究提供理论基础。第三章， 基于目标跟踪的区域入侵检测。 针对智能视频监控中的典型应用区域入侵检测，开展了算法的研究，基于 OpenCV 计算机视觉库，在 Qt（ C++）软件开发平台上进行了算法的开发与验证。 采用了基于自适应混合高斯模型的运动物体检测算法，以及采用了基于 Mean-Shift 的运动物体跟踪算法，针对单行人、多行人、 汽车等不同场景进行了大量的实验， 取得了较好的实验效果， 证明了该算法的有效性，该系统具有较大的工程应用价值。第四章， 总结与展望。 进行了本文研究工作的总结， 并对本文研究内容存在的问题以及后期研究方向进行进一步探讨。第二章大规模光伏发电的建模与仿真本文主要开展大规模光伏发电接入对电力系统的影响的分析。 基于本文的研究方法， 针对以上应用深入分析其需求， 寻找合适的数学模型和控制策略进行深入研究。 本章主要介绍了光伏电池的数学模型、 三相逆变器模型、 PQ 控制策略。基于 PQ 控制的系统模型以及仿真结果分析。主要是为后续研究奠定理论基础。2.1 光伏电池的数学模型光伏电池作为光伏发电系统的核心部分， 是十分重要的。 通过一些特殊材料受太阳光照射从而产生光伏效应， 这就是光伏电池的基本原理。 将太阳能转化为电能是光伏电池的最主要作用。光伏电池的等效电路如图所示图图 2.1 光伏布式电池等效电路光生电流是 Iph， 二极管结电流是 Id， 结电容为 Cj（ 可忽略） ， 串联电阻是 Rs（小于 1 欧姆），并联电阻是 Rsh（ 10 欧姆）。根据电路原理可以得到：0 exp 1sphshq v R I V RsII I InkT R （ 2.1）式（ 2.1）中，反向饱和电流是 Iph，绝对温度是 T 式（ 2.1）是通过光伏电池原理得到的电流和电压关系的基本公式，在光伏单吃的理论分析中得到了广泛的运用。由于公式中的参数 I0、 Rs、 Rsh、 n，不止是取决于电池温度和光照强度， 所以对于这几个参数的确定也是十分棘手的， 因为厂商提供的电池参数也存在不匹配的问题， 所以对于工程的分析应用来说是不利的。 对于工程精确度来说， 实用性和精确性的统一是很必要的， 所以必须对公示（ 2.1）进行一定程度的简化，从而方便工程分析。一般情况下，光伏电池的供应商都会给出电池的温度 Tb=25℃，光照强度Sb=1000W/m2 这两个基本参数，这就是光伏电池的标准状况。 ISC是光伏电池的短路电流， VOC是光伏电池的开路电压， Im 是光伏电池的最大功率点的电流， Vm是光伏电池最大功率点电压。在对于光伏电池的工程数学模型建模时，对式（ 2.1）做出了两点近似：（ 1）由于 Rsh的阻值都比较大，所以（ V+R sI） /Rsh就变得非常小，比光伏电池的电流小得多，所以可以忽略。（ 2） 通常情况下 Rs的阻值都要比二极管的正向导通电流要小得多，所以令Iph=ISC据此，使 C1ISC=I0， C2VOC=nkT/q，所以公式（ 2.1）可以化简为：12e x p 1s h s hocVI I C IC V （ 2.2）公式（ 2.2）是光伏电池的工程应用表达式， C1 和 C2 是待定系数，在最大功率点处有：（ 2.3）2 2exp 1 expm moc ocV VC V C V解得：121 e x pm mSC ocI VCI C V （ 2.4）12 1 ln 1m moc SCV ICV I （ 2.5）通过（ 2.4）和（ 2.5）可以得到，在已有 ISC、 Im、 VOC、 Vm 的情况下，将常数 C1、C2 代入公式（ 2.2）从而可以得出电池的伏案特性。当温度或者光照发生变化时，需要对新状态下电池状态的参数进行计算，此时的参数可以通过下面的公式来进行计算：bT T T （ 2.6）1bsSs （ 2.7）1SC new SCbsI I Ts （ 2.7）1SC new SCbsI I Ts （ 2.8）1m new mbsI I Ts （ 2.9）1 lnoc new ocV V c T e b S （ 2.10）2.2 光伏电池的物理模型通过刚才的分析， 我们从而推出了相应的光伏电池的物理模型， 它是由两个部分组成的：（ 1） 电池参数的估算： 根据电池温度的不同和光照强度的不同， 可以估算出不同的光伏电池的基本参数。 表示为电池温度 T 和光照强度 S，还有光伏电池标准状况下的基本参数和洗漱 a、 b、 c，通过上一节的公式可以推出新状态下的电池参数。（ 2） 光伏电池的 V-I 方程：把新状态的电池参数代入式（ 2.4）、（ 2.5）可以得到洗漱 C1、 C2，把光伏电池的端电压代入式（ 2.2），就可以得到光伏电池的输出电流。 光伏电池的物理模型进行封装后的参数为标准状况下 ISC、 Im、 VOC、 Vm，系数 a、 b、 c 的典型取值是a=0.0025℃、 b=0.5、 c=0.0028℃，温度、功率、电压为输入，电流为输出。2.3 仿真结果分析在一定条件下：现取 I m=4.95A， Vm=17.2V， Voc=22.2V， I sc=5.45A，Sref =1000W/m2， Tref =25℃， a=0.0025A/℃， c=0.0028V/℃，设置实际光照条件分别为 200/400/600 W/m2 可得此时光伏阵列的 V-I 曲线如下图所示：图 2.2 光伏电池的 I-V 曲线图 2.3 光伏布电池的 P-I 曲由图可知：（ 1） 短路电流随着光照强度的下降而明显下降；（ 2） 开路电压随着光照强度的下降而下降缓慢；（ 3） 随着端电压的增加， 输出功率先增加后减小， 这也就说明在某一个端电压值时，在其附近可以得到最大功率输出。（ 4） 最大功率随着光照强度的下降而明显下降。同样的分析方法，我们改变温度来进行仿真分析，得到如下：图 2.4 光伏布式电池 I-V 曲线图 2.5 光伏布式电池 P-I 曲线由图可知：（ 1） 随着温度的增加，开路电压有所下降，短路电流有所上升；（ 2） 随着温度的上升，最大功率减小。根据以上仿真结果可以得到光伏电池的基本参数， 和相应温度、 光照下的输出特性曲线，这个模型同时满足工程分析的要求。2.4PQ 控制策略逆变器是光伏电源与电力系统之间产生联系的重要部分，它主要是在于对输出的有功和无功功率进行控制，通常情况下都采用电压源型逆变器，通过控制逆变器的输出电压的幅值和相角， 来控制输出的有功和无功功率， 公式如下：sin V EVEP L （ 3.1）2cos V EV VEQ L L （ 3.2）一般情况下（ δ V- δ E）很小，所以式（ 3.1 ）中的第二项趋近于 0，所以有功功率非常小，是跟相角差有关，而无功功率则相反。式（ 3.2 ）中的第二项趋近于 1，所以无功无功跟幅值有关。2.5 主要仿真模型2.5.1 三相光伏并网的电路模型通过 Matlab 仿真做的三相光伏并网系统的结构如图所示，该系统主要由几个部分组成：光伏发电逆变器及其控制模块、三相逆变器、 LC滤波器。其中的光伏发电部分经过逆变器、滤波器转化为满足并网标准的交流电。图 2.6 三相光伏并网系统的主电路图2.5.2 PQ控制模型恒定模型、 PQ 控制模型、 PV 控制模型是目前电力系统发电装置的主要运行方式。考虑到配网侧，希望光伏电源具有类似负荷的一些特性。所以光伏电源并入电网后，最合理的方式是在主网正常运行时， DG 可以源源不断向电力系统输送有功功率。或者在电网出现故障的时候， DG 就投入使用。光伏电源这种类型的 DG 可以采用恒定功率模拟负荷特性的方式接入系统并网， 电网承担负荷波动或者电压频率急剧变化的同时， 还可以作为光伏发电系统电压和频率正常的一大保障。 在这种情况下光伏发电系统可以不用考虑自身电压和频率的问题， 而且可以直接采用电网的频率和电压进行调节。 这样就可以避免光伏发电系统对电网造成负面的影响。由于光伏发电系统的输出功率受到光照、 温度等自然因素的影响较大， 具有随机性、间歇性，需要配置大容量的储能装置才能保证恒定的输出功率。所以， 这样就使得光伏发电的经济性下降， 所以对于光伏发电系统我们需要采用PQ 控制策略来保证光伏能源的最大利用率。 PQ 控制收让有功功率和无功功率跟踪参考电流来实现，用的是电流跟踪方式。所以我们可以得到逆变器的输出电压如下：cos2cos32cos3mab mcmU tUU U tUU t（ 4.1）式（ 4.1）经 park 变化后，得：2 2cos cos cos3 32 2sin sin sin3 3abc dqt t tTt t t（ 4.2）对系统电压进行 dq 变化，得：0ad mabc dq bqcUU UT UU UU（ 4.3）我们可以看到， 在旋转 dq 坐标下， Ud和 Uq 实现了解耦， Ud 是常数， Uq=0 经过 dq 变化， 逆变器在 d 轴和 q 轴上的输出电流分别为 id 和 iq由于 Uq=0，所以我们可以得到：refdrefdrefqrefdPiuQiu（ 4.4）通过式（ 4.4）我们将逆变器输出功率的控制转化成了对电流的控制。因此只要通过对参考电流的跟踪也就实现了对输出功率的跟踪。 D 轴上的输出电流决定有功功率， q 轴上的输出电流决定无功功率，无功和有功实现了解耦。图 2.7 PQ 控制模型2.6 仿真运行结果系统以一个光伏并网发电模型， 通过改变并网输出的功率大小， 也就是模拟实际晴天阴天，程序中设置在 0.5s时刻从额定功率减小为一半功率，在 0.8s 时刻并入电网点的短路器断开， 模拟故障后的孤岛运行情况， 观察对电网电能质量的影响。主要是这个并网点的参数观察和分析图 2.8 示波器侧模型并网点电压电流波形（ 0.8s以后断路器跳开，开始孤岛运行，所以电压逐渐跌落）并网点电压有效值波形如下图所示：图 2.9 并网测电压波形图 2.9 并网测频率图 2.9 功率因数功率因数， 可以看出在转孤岛运行后由于功率暂态过渡， 导致功率因数下降。图 2.9 并网点有功和无功波形2.7 本章小结本章主要通过对光伏电池的模型、 PQ 控制模型以及仿真结果分析进行了介绍与研究。 首先我们讲光伏电池分成数学模型和物理模型进行研究。 在数学模型方面，我们了解光伏电池基本结构和基本参数，同时，考虑到一些基本参数由于很多因素的影响而难以确定， 为了方便工程上的分析与研究， 我们对光伏电池的基本公式进行了简化。 在物理模型方面， 我们通过对电池参数的估算以及建立光伏电池的 I-V 方程建立了基本模型。在不同温度和不同光照情况分别进行仿真分析。接着，我们介绍了 PQ控制的基本策略思想，通过介绍自己设计的光伏发电并网模型，简单的了解系统的基本结构，进行对 PQ控制进行进一步的研究与讨论，通过改变并网输出的功率大小，也就是模拟实际晴天阴天，以及在0.8s 时刻并入电网点的短路器断开，模拟故障后的孤岛运行情况，观察对电网电能质量的影响。 主要是这个并网点的参数观察和分析。 为我们对大规模光伏发电接入后对电力系统影响分析打下了基础。第三章大规模光伏发电接入后对电力系统的影响本章主要从第二章的仿真结果入手， 对大规模光伏发电对电力系统的影响进行系统地分析。主要会从对有功频率特性、对无功电压特性、对功率因数、对小扰动稳定性的影响、 对电能质量的影响以及对配电系统保护的影响等几大方面进行分析和总结，并且基于这些影响因素，提出建议与调整。。3.1 光伏电源的特性光伏发电的主要性质为：（ 1）光伏电源是静止元件，是不旋转的，由于是通过换流器进行并网的，所以无转动惯量。（ 2）光伏电源本身的外出力是随机并且波动（ 3）又因为电力电子一系列设备元件的安全问题，光伏电源的抗干扰能力和过负荷能力是比较差的，从而可能导致脱网的情况。（ 4）低电压穿越的时候具有不一样的无功和有功特性（ 5）光伏电源采用逆变器并网，所以就有西象限控制及有功和无功解耦控制的能力。 正因为光伏系统的这些特点， 导致了大规模光伏接入电力系统后的稳态、 暂态特性发生了改变， 这也影响了系统的运行和规划。3.2 对系统有功频率特性的影响描述因为光伏系统具有很大且频繁的间歇波动性， 从而对电网有功平衡造成了很大的影响， 以至于对电网的一次、 二次调频以及有功经济调度等运行特性造成冲击， 会引起频率质量越限等风险加大； 由于光伏系统的接入， 系统地备用优化策略也将随之发生改变， 于是对调频参整定和与常规几组等其他多类型电源的有功频率协调控制提出了适应性的需求；因为前文提到光伏电源是不旋转的静止元件， 随着光伏电源的大规模接入从而替换了大量的常规电源， 系统的等效转动惯量也就下降了， 从而降低了系统应对功率缺额与功率波动等情况时的能力， 在极端情况下， 甚至可能出现频率急剧变化， 频率跌落速率及深度可能触发低频减载、高频切机等安控、保护动作的严重运行问题。3.2 对系统无功电压特性的影响描述沙漠和戈壁地带才是大规模光伏集中接入的地带， 由于此类地区的负荷水平比较低， 接入的地区电网短路容量又相对比较小， 大量的光伏电力需要通过高压输电网远距离外送， 这时光伏电力的随机波动的有功出力穿越长输电通道和近区电网， 从而对电网的无功平衡特性造成了影响。 与此同时， 现在现实并网运行的光伏电源武功电压支撑能力略差， 从而增加了电压质量超限甚至是电压失稳的风险； 针对大规模光伏分散接入配电网来说， 光伏的接入改变了电网原有的辐射状网架结构， 单电源结构变成了双电源或者多电源， 电网的潮流分布大小和方向等复杂多变， 潮流也就更加难以调控， 也就对配电网的电压质量造成了影响， 光伏系统接入的位置和规模以及出力等因素对此影响明显。其3.3 对系统功角稳定性的影响描述虽然光伏电源都是静止元件， 它自身不参加功角振荡， 没有功角稳定的问题，可是因为它的随机波动以及无转动惯量等特性、 大规模光伏接入后对电网实际的潮流分布、通道传输功率造成了影响，系统的等效惯量降低了；并且，考虑到鼓掌穿越期间光伏具备与常规机组不一样的动态支撑特性， 所以光伏接入后对电网的功角稳定性造成了影响， 而这些情况是由电网的拓扑结构、 电网运行方式和所采用的光伏电源控制技术、 光伏并网位置及规模所决定的。 光伏接入后既有几率提高，也有几率降低电网的功角稳定性，通过我第二章的仿真分析，可以得出，当光伏系统与电网断开，孤岛运行时，并网点功角下降。所以，我们就可以推测出， 在当大规模光伏并网后， 可能会因为鼓掌穿越能力不足时， 必定会给系统的稳定性造成一定的冲击， 这种情况在规模化、 集中化后尤为明显。 所以应该根据该处当时的并网情况， 评估大规模光伏的脱网风险。 我国首个百万千瓦级青海光伏基地的集中接入使得通道潮流分布的均匀性发生了变化， 同时光伏电源表面出现了弱动态支撑性， 结合两者的影响， 使得通道的传输极限下降， 采用切除光伏电源以及光伏电站配置动态无功补偿，可以提升稳定性。在功角失稳中， 有一种叫做振荡型失稳。 随机的光伏出力使得系统运行点发生了变化， 对于并且并网逆变器来说， 它较常规机组来说， 具有不同的控制策略，这些都使得系统的阻尼发生变化， 不仅对系统原有的机电震荡模式有影响， 也可能造成新频段范围的振荡。 但绝大多情况下， 光伏接入的位置、 穿透率大小也会对原振荡稳定产生一定的影响。 从仿真可以看出， 孤岛检测对系统的振荡特性造成了不利的影响； 根据研究统计， 光伏发电系统分散性地接入电网的话， 要比集中在某处并网更有利于系统的振荡稳定。 像充分利用逆变器的灵活控制功能， 就能增加系统的阻尼。 所以提升并且稳定光伏发电并网店负载功率因数是改善电网电压稳定性的根本方法。3.4 对系统小扰动稳定性的影响描述光伏发电系统的光伏电池虽然不存在机械与电磁量不平衡的动力学稳定问题， 但是也存在电器运行不稳定的问题， 进而在大规模光伏接入系统后会出现电网稳定性的问题。 针对特定的光伏功率注入， 采用小扰动分析法， 通过仿真文件我们可以得出理论上有的两个运行点中， 有一个运行点是不稳定的， 我们可以发现不稳定现象更多发生在接近最大功率运行点的高出力水平； 根据动态等效阻抗适配概念来分析光伏电气运行不稳定点的原理。 故障时的不平衡功率只有让光伏电站的直流侧电容吸收， 因为电容的储能作用不大， 所以不平衡功率使得直流侧的电压很快上升，降低电源运行的可靠性。3.5 对系统电能质量的影响描述由于大规模光复的接入，电力电子器件的大量使用， 从而使得大量非线性负载也加入到系统中， 产生了电力系统电能质量污染的问题。 并网逆变器的开关速度变慢，造成输出失真，产生谐波；在光照急剧变化，输出功率很低，变化过于频繁的时候， 也就会产生很大的谐波； 也会出现大规模光伏集中并网时电流谐波叠加等一系列问题。 根据世界若干大型光伏电站的运行经验： 即使一台并网后逆变器的输出电流谐波很小的话， 但如果多台并网逆变器并联后输出电流的谐波也有可能很大。光伏并网中还需要解决的一个重要问题就是直流注入的问题， 它产生的原因是多方面的。 正是因为光伏出力的随机波动性， 所以才会引起电压波动、 闪变以及电压偏差、 频率波动的一系列问题。 针对光伏接入后的电能质量问题， 寻找抑制谐波的有效方法：包括增加谐波补偿器、无源固定频次滤波器、有缘滤波器、混合滤波器等；从而总结除了解决直流注入的有效解决方法包括： 1）安装隔离变压器： 2）设计合理的逆变器拓扑结构； 3）电容隔直； 4）检测补偿等等针对电能质量问题的解决方法，目前应该从三个方面入手（ 1）超前优化配网结构，提升消纳分布式光伏并网能力。 全面梳理各辖市区配电台区的供电能力和用电负荷情况， 绘制各台区可以接入的光伏电源容量分布图，掌握全市配电网可接入分布式光伏容量情况。将分布式光伏发电接入需求纳入分区配电网规划，对新建小区、集中居住区、标准厂房园区等并网需求明确、具备发电条件的区域，按照分布式光伏最大可利用面积接入容量进行规划设计，提高设计等级、设计容量，增强对分布式光伏接纳能力。制定各区分布式光伏接入指导细则，有序实施配电网建设改造，确保分布式光伏全额消纳。（ 2）优化内部服务流程，提高分布式光伏办理服务质量。制定分布式光伏办理业务指南，明确各阶段流程步骤、补贴办理条件以及后期维护须知等。针对分布式光伏项目业主需求不一，现场情况相差较大，制定个性化套餐解决方案，根据用户申请的房屋类型、屋顶结构等参数，出台与面积、接入电压等级、消纳方式等相匹配的典型接入方案。在典型接入方案基础上，固定并简化逆变器、并网开关等设备选型范围，开展典型方案批量集中验收，合并现场验收与并网调试流程，提高并网接入效率。常州公司平均接入时间比国网标准缩短 10%以上。（ 3）加强企业沟通，提高服务成效。关注并研究政府政策，定期通过短信提醒相关企业办理补贴。加强与政府部门沟通，积极参加地方人大、 政府、 政协研讨， 每月利用供电服务简报向地方领导提供全市分布式项目、并网信息，科学引导舆论导向，积极争取有利政策。加强与光伏企业合作，合力开展网压调节、接入安全评估等技术研究，形成分布式光伏发电验收规范、典型启动方案等专业技术管理文档，提高分布式光伏并网质量。3.5 本章小结本文主要是针对大规模光伏发电接入对电力系统的影响问题开展的分析， 从有功频率特性、无功电压特性、功角稳定、小扰动因素、电能质量等几个方面进行分析。从而我们提出以下研究重点以及建议（ 1）对现在大型电力系统的三条安全防线在大规模光伏接入和外送时的适应性进行研究分析， 同时进行改进与升级。（ 2）根据大规模光伏集中接入、高压交直流外送等多种典型场景，分析大规模光伏与大型电力系统动态、 稳态特性之间的关系， 从功角、 频率以及电压等一些稳定侧面，对大规模光伏接入后对大电网安全稳定的影响。（ 3）对大规模光伏发电系统接入后的保护方案、 自动装置以及调度自动化系统的适应性和优化协调技术进行研究。第四章大规模光伏外送及消纳的关键技术分析本章主要从第二章的仿真结果入手， 对大规模光伏发电对电力系统的影响进行系统地分析。主要会从对有功频率特性、对无功电压特性、对功率因数、对小扰动稳定性的影响、 对电能质量的影响以及对配电系统保护的影响等几大方面进行分析和总结，并且基于这些影响因素，提出建议与调整。。4.1 大规模光伏外送的新型输电技术由于光伏电源存在的随机波动性的特性，出于提高远距离外送的可控性考虑，可以在输电通道沿线装可控高波、动态无功补偿 SVC 和可控串补等，结合一些 FACTS 状装置的交流输电技术改善了系统对光伏等随机波动性清洁能源的接纳能力。 在我国的新疆、 西北交流联网一、 二通道就装设了很多种类的 FACTS装置，大大改善了外送大规模风光混合电力的能力。我国之所以正着力发展± 800kV特高压直流输电技术，就是因为它的远距离送电的经济性、 中间无落点的直通性等良好的性能。 这也为我国大规模光伏、 风能等清洁能源的开发、 外送以及消纳奠定了坚实的基础。 在这样的大背景下， 我国也做出了在北部地区利用新型直流输电技术建立广域可再生能源电网结构的未来计划， 从计划中我们可以看出这样做可以更有利于整合风电、 光伏、 水电等清洁能源， 以期利用广域范围里的资源互补性平衡新能源的功率间歇性和不稳定性； 因为半波长输电和分频输电的特性， 这两种技术也被发现适用于远距离大容量电力输送。这几年，我国开始更加重视新型直流输电技术的发展， 可是因为 VSC直流输电使用的是全控型开关器件， 而开关器件的容量是有限的， 所以目前 VSC直流输电在远距离、 大容量输电领域暂时不能替代常规直流输电， 我们还需要在提高该器件的电压等级和传输容量两个方面进行研究。 但是在大规模分布式光伏的并网和地区，清洁能源的消纳技术是传统直流输电的有利补充。4.2 光伏电站规划技术光伏电站的安装位置、安装容量、投资的时限长度、光伏逆变器模块和光伏模块的使用数量、 光伏模块的安装倾斜角、 光伏模块和逆变器的最佳组合方式、光伏电站的站内连接方式、光伏电站的穿透功率、置信容量和经济评估是光伏电站的规划设计问题的核心。对于光伏电站的容量规划而言， 我们基本上是从独立光伏系统， 混合光伏柴油机系统的容量规划等方面入手。 我们通过直观类方法、 人工智能优化算法都可以解决这类问题。 如果是采用只管累方法的话， 那么就忽略光伏出力的随机特性， 只是通过月平均最低光照能量或平均月度太阳能用基本的公式进行计算。 如果是采用优化的方法的话， 那么就得建立在系统可靠性分析的基础之上，这样就不能忽略光伏与负荷的随机性， 通过函数表达式模拟系统可靠性和光伏电站规划容量之间的关系， 从而就可以计算出符合要求的电站规划容量， 也可以建立一些经济模型，包括：计及工程寿命周期内系统的投资成本、运营检修成本和重置成本的模型来进行优化求解。集中式、组串式和微逆变器式都属于大规模并网光伏电站的接线拓扑结构，集中式结构是在这几个结构中比较常见的一种。根据光伏电站“安全、可靠、高效和经济”的基本规划设计原则，所以在规划容量确定之后，还需要对光伏电站的设备选择、接线方式等一系列问题进行确定。光伏的穿透功率的定义是光伏在整个发电网总发电量中的百分比。 如果光伏穿透功率太高的话，就可能引起馈线的逆向潮流和电能质量等一系列问题，这样会对常规变电站的开关造成损害，甚至失去功能。所以，我们需要对光伏电站的可靠性进行评估， 这样可以帮助我们对衡量光伏发电对电力系统充裕性和安全性方面的研究， 通过这种方式得到的置信容量很大程度地量化了光伏发电的容量价值， 这也是电力系统规划中很重要的一项参考量。 可靠性分析的解析法基本上是通过电力系统元件的随机参数， 吧光伏发电模拟为多状态的传统机组，从而得到每个可靠性指标：模拟法基本上是通过序贯蒙特卡洛法等效，不仅可以求取出频率和工作时间等可靠性指标，还能给出光伏发电的时序出力。我们一般都从光伏电站的每个元件入手，来对光伏可靠性进行研究。根据对光伏电池组件的故障率的变化规律的研究， 提高光伏阵列的有效工作时间的重要方法，是使用 TCT 结构和 BL 结构。一般情况下，光伏电站的容量价值都是通过光伏发电的置信容量来体现的， 因为光伏置信容量是用来体现光伏发电对电力系