试论光伏并网发电系统对电网影响

试论光伏并网发电系统对电网的影响常州天合光伏发电系统有限公司 潘波摘要： 光伏并网发电系统与独立光伏发电系统相比， 可将所发电能直接馈入电网，以电网为储能装置， 省掉蓄电池， 从而大大降低投资成本， 并且对公共电网能起到调峰作用， 有利于改善电力系统的负荷平衡， 从而促进了光伏发电的大规模发展， 但同时对电网的安全稳定运行也带来了一定影响。 本文结合实际， 分析当前光伏并网发电系统的特点， 总结光伏并网发电系统对电网的影响， 并对光伏并网发电系统的未来发展趋势进行展望，为相关人员提供理论参考。关键词： 光伏并网发电系统；电网；影响随着全球气候变暖及空气污染状况越来越受人们关注， 传统的火力发电也面临着资源枯竭和环境污染，采用可再生清洁能源发电也成为当前国际社会的共识。 近年来， 随着光伏组件发电效率的不断提升， 光伏发电的优势也逐渐凸显出来， 光伏发电在全球诸多国家中均受到了重视。 我国从 20 世纪 70 年代开始进行光伏发电， 经过多年的发展， 光伏发电已取得了一定的成就。 光伏并网发电系统属于光伏发电系统中的一种，是指由光伏方阵、控制器、并网逆变器组成，将光伏组件发出的直流电经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电后， 直接并入公共电网的一种发电系统。 光伏并网发电系统可将所发电能直接馈入电网， 但其发电过程稳定性较差， 并对电网也会产生一定影响。 以下对光伏并网发电系统对电网的影响进行具体阐述。一、光伏并网发电系统的特点光伏并网发电系统并网方式主要根据实际设计容量状况进行选择，包括380V、 10kV、 35kV 及以上等。以我司实际建成的光伏发电站为例，山东临朐铝业 15MW屋顶选择了 380V电压并网， 而在江苏常州普利斯通 2MW光伏发电站则选择了 10kV 电压并网。笔者通过分析光伏并网发电系统的实际运行状况，总结出光伏并网发电系统主要具备以下特点： 第一， 光伏并网中逆变器主要采取电压源电流控制方法， 以控制输出电流来跟踪电压， 第二， 并网逆变器以最大功率跟踪点 MPPT来提高太阳能利用率，但不具备调节能力。第三，光伏并网发电系统受天气影响较大，某系统检测结果显示，其发电功率最大变化率可达到 14%P/s。第四，光伏并网发电系统在出现大容量并网时，常使用常规发电机组进行补偿，从而增加了发电成本。第五，逆变器输出轻载会增加谐波，影响电网。第六，逆变器具备抗孤岛保护能力， 但其与负荷变化状况存在紧密关联， 导致抗孤岛检测效果差，甚至会出现失败状况。因此， 当前光伏并网技术仍存在一定缺陷， 且当前光伏发电正向大容量方向发展，当前逆变器的保护功能无法满足需求，难以保证电网的稳定、安全运行。二、光伏并网发电对电网的影响（一）光伏并网发电与负荷特性光伏发电受环境影响较大， 其发电功率会随着光照增强而增大， 一般状况下，晴天光照时，其功率峰值一般处于日照最强点，约为 10-14 点 [1] 。而当光伏并网发电向大容量发展后， 其负荷曲线也将发生变化。 如在某光伏发电园区， 其负荷峰值出现在 9 点左右，而在 10-14 点之间，等效负荷呈现为变小状况。（二）光伏并网发电与电网规划随着光伏并网发电的大容量发展，其负载及反送功率也会呈现出一定的变化， 进而使得原有的电网难以满足需求， 需根据实际状况重新规划， 重现调度电网的运行方式， 在一定程度上增加了相关人员的日常工作量， 也增加了资金投入。（三）光伏并网发电与调度当前光伏发电还不成熟， 自动化功能还不完善， 进而使得其调度状况难以随着电网电压、频率等变化而变化。在原有的调度下，电网相关数据的变化，将直接导致电网可调度发电容量减少，进而导致电网控制及调度工作越来越难 [2] 。（四）光伏并网发电与电压光伏并网发电向大容量方向发展， 光伏发电在电网的馈线末端及终端接入状况越来越多， 而电网中存在反向潮流， 进而使得光伏并网发电的电流在电网中将受馈线影响， 产生压降状况， 使得变电站侧的电压降低， 而负荷侧电压与变电站侧电压处于不等状态，进而使得负荷侧电压出现越限 [3] 。此外，根据电压与电流的关系， 当光伏并网发电中电流出现变化时， 电流势必会随之发生一定变化， 而光伏并网发电的发电功率与光照状况存在紧密关联，进而会导致电压波动更大，可能会引起电网中相关无功调节装置出现频繁动作，影响相关调节装置使用寿命，影响电网运行安全。（五）光伏并网发电与与电网保护当前我国中低压电网主要分为两种：辐射型供电网络和不接地单侧电源 [4] 。当前变电站的保护原理主要包括三种： 主馈线上的自动重合闸装置、 支路中的熔断器及断路器上的三段式电流保护装置。 而当前光伏并网发电向大容量发展， 使得电网不再是单电源辐射状网络， 而转变为双端甚至多端网络， 进而引起故障电流相关方向、 持续时间、 电流大小等均发生变化， 上述变化可能会导致断路器出现拒动、 误动状况， 从而导致熔断器失去原有选择性和保护性能， 电网安全运行难以保障 [5] 。此外，光伏并网发电系统自身故障及其抗孤岛保护功能、自动重合闸也会出现相应变化。（六）光伏并网发电与分布式发电单元少量分布式发电单元对电网影响不大，而当分布式发电单元达到一定限度时，将会导致系统中电压闪变、谐波、网损、有功无功潮流、元件电负荷等相关特性均会出现变化，导致电网运行质量、稳定性、安全性均受到影响 [6] 。三、光伏并网发电发展方向光伏并网发电大容量是未来发电的发展趋势， 而当前电力系统难以满足发展需求， 还需不断提升电力技术， 促进电网的安全稳定运行。 在电力储能技术是当前电力系统发展中的必备技术， 也是保证电力系统实现有功和频率调节的重要依靠， 也是抑制电网中功率波动、 抑制电网系统故障电流及平衡负荷、 促进系统稳定性的重要保障 [7] 。谐波是影响电网稳定安全运行的重要因素， 因此加强对谐波抑制的研究存在极大的实际意义。 根据当前并网逆变器的相关性能， 进行谐波抑制的主要方法包括两种：第一，采取群控技术，即将逆变器并联，促进逆变器高效工作，并促进逆变器之间协调运行，从而提高逆变器发电功率，减少谐波。第二，通过补偿，在逆变器中集成滤波器，从而抵消谐波 [8] 。此外，研制出新型的并网逆变器也是解决当前电网问题的重要方法。结束语光伏并网发电是当前发电的主要发展趋势， 环保、 资源可再生性等相关特点使得其具备良好的运用前景。但传统电网难以满足光伏并网发电的需求。因此，加大光伏并网发电对电网的影响研究， 积极研究出符合并网发电的相关技术及处理方法， 保证电网的安全稳定运行， 最大限度发挥光伏发电的效果， 具有重大研究价值。参考文献：[1] 陈炜 , 艾欣 , 吴涛 , 等 . 光伏并网发电系统对电网的影响研究综述 [J]. 电力自动化设备 ,2013,33(2):26-32,39. [2] 张明光 , 陈晓婧 . 光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略 [J]. 电力系统保护与控制 ,2014,(11):28-33. [3] 吴红斌 , 陶晓峰 , 丁明 , 等 . 光伏并网发电系统的 MPPT-电压控制策略仿真 [J].农业工程学报 ,2010,26(1):267-271. [4] 李冬辉 , 王鹤雄 , 朱晓丹 , 等 . 光伏并网发电系统几个关键问题的研究 [J]. 电力系统保护与控制 ,2010,38(21):208-214. [5] 徐政 , 林崇 , 何少强 , 等 . 单相光伏并网发电系统功率解耦的优化设计 [J]. 电气传动 ,2012,42(10):44-49. [6] 王晓明 , 吕金恒 , 强明辉 , 等 . 两级式三相光伏并网发电系统仿真研究 [J]. 计算机仿真 ,2015,32(6):112-115. [7] 白杨 , 窦金延 , 赵冠 , 等 . 关于光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求的研究 [J]. 企业文化（中旬刊） ,2014,(12):246-246. [8] 薛阳 , 李媛 , 林静 , 等 . 三相光伏并网发电系统无功控制策略研究 [J]. 电源技术 ,2015,39(2):312-314.