关键字：光伏发电；并网；稳定性；电能质量
0 引言
我国太阳能发电，呈现出各地“分散开发，低压就地接入”和荒漠地区“大规模集中开发，中高压接入”并举的发展特征，大规模并网运行必将成为光伏发电的主要发展方向之一。
光伏发电系统一般有如下几个特点：1）随机波动性，这是光伏发电最大的特点。2）光伏电源是不旋转的静止原件，通过换流器并网，并没有转动惯量。3）现有主要的光伏并网逆变器的控制策略为电压源电流控制，输入为电压源，输出为电流源，输出的功率因数接近于1。
本文的主要内容是，论述因为出力的随机性，无转动惯量等特性，光伏发电的大规模接入给电力系统各个方面带来的些影响。
1 对电力系统稳定性的影响
光伏电源不同于正常发电机，它是静止原件，没有转动惯量，光伏发电的接入降低了系统的惯量。由于系统的惯量和频率稳定性有关，于是一定程度上弱化了系统的频率稳定性，导致故障后频率波动变大。惯量表现的就是惯性，惯量大，惯性就大，表现为稳定不易改变的状态。电力系统内，电机转子的惯量与负载的惯量要相匹配，两者惯量匹配，电机和负载一样可以平稳运行，否则若不匹配，惯量轻的运动就会不平稳。另外，若光伏电源接入规模较大，当发生功率不足的情况时，系统的应对能力会比较差，这就需要系统内有足够的储能装置。
光伏电源无转动惯量的特性，同样会对功角稳定产生一定影响。文献[1]对于不同光伏渗透率的电网做了实验对比，分别是没有光伏接入的时候，接入光伏容量在10%时候，接入的光伏容量在30%的时候，这三种情况，得出如下结论：合适的光伏渗透率可以提高系统的暂态稳定性，而过高的光伏渗透率会使得电力系统暂态稳定在冲击下变得恶化。文献[2]指出，波动的光伏出力改变了系统运行点，同时并网逆变器与常规机组相比具有不同的控制策略，这些都会改变系统的阻尼，不但对系统原有的机电振荡模式产生影响，也会带来新频段范围的振荡。光伏并网对电力系统的静态稳定性也有影响。系统在遭受小干扰后，恢复稳定前会有一个减幅振荡的过程，会影响电能质量，也可能产生新的扰动。
光伏电站连接的地区电网多处于偏远地区，大规模装机的光伏电站连接地区电网后，需要通过长距离输电线路输送电能，出力的波动性会对电压稳定性产生影响。同时，光伏发电并网点无功电压的支撑能力比较弱，失去电压稳定性的风险比较大。对于分布式光伏电源接入配电网而言，光伏的接入改变了电网的结构，电网由单电源网络变成了多电源网络，潮流的方向和大小变得复杂，难以控制，进而会影响到配电网电压的稳定性，影响程度与光伏接入位置、接入规模以及出力等关系较大。安装静止无功补偿器(SVC)能提高光伏电站的电压稳定性[3]。
2 对电能质量的影响
大规模光伏发电并入电网后，会对现有的电网产生一系列电能质量问题。
电压闪变是电能质量的一个重要指标。光伏电源的输出功率并不是稳定的，而是随着日照情况和温度情况发生变化的，在环境因素如光照强度变化剧烈时候，可能会导致电压闪变；控制器的算法和参数设定也可能导致输入系统功率的周期性变动[4]，引起电压闪变。光伏电站接入点多为10 kV母线，其短路容量相对较小，在功率波动时会产生较大的电压变化，因此，光伏电站的接入点最好选择无功备用充足的节点，以维持系统电压的稳定[5]。
系统的频率是衡量电能质量的一个重要指标。在光伏比重较大的电网中，由于光伏电源的随机波动性，会造成有功功率的变化，影响到系统一次，二次调频，以及造成电网频率的波动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这就要求系统中需要足够的储能装置来充当调峰和调频电源，比如汽轮机，抽水蓄能电站。
光伏系统并网还会产生谐波。首先光伏电源本身就是一个谐波源，出力随机性和间歇性，就会导致谐波的产生；其次，光伏并网系统需要逆变器，而逆变器中含有大量的电力电子器件，不可避免的会造成谐波污染，国内外大型光伏电站的运行经验表明，即使单个逆变器输出的谐波较少，多台逆变器并联以后输出的谐波也有可能超标[2]。若电网中含有多个谐波源，还有可能会产生高次谐波的功率谐振[6]。通过有源滤波器及多逆变器群控技术，可以有效抑制谐波。
3 其他方面的影响
3.1 对配电网潮流的影响
配电网一般以单电源为主，光伏电源没有并网时，相当于单电源网络。而光伏电源的接入改变了原有的辐射状网架结构，单电源结构变成了多电源结构，电网潮流分布变得复杂多变，更加难以控制，会有潮流倒送的现象。
分布式，高密度光伏发电系统往往通过多条或一条低压配电线路接入于同一母线并网发电，因为同一区域内的光伏发电功率受光照变化的影响接近，于是这些高密度光伏发电系统并网，会加剧局部潮流变化幅度和电压波动的范围。
3.2 对继电保护的影响
光伏并网之后，需要设置孤岛保护。如果孤岛保护和自动重合闸配合不当，就会产生一些影响。首先，若自动重合闸失败，光伏孤岛会向短路点持续提供电流，使电弧无法正常熄灭；其次，若光伏孤岛和配网出现频率的偏差，自动重合闸在此时动作，就会造成非同期合闸，产生很大的冲击电流，对设备造成损害，还可能会使保护动作，导致自动重合闸失去恢复供电的能力。文献[7]提出了区域纵联保护的解决方案。这种方案在变电站中设置一个站级保护主机，在每条馈线有切断短路电流能力的开关处安装保护从机，从机与主机进行通信，利用方向元件和通信手段，确定故障位置和实现跳闸。
3.3 对电网规划的影响
我国和欧美国家光伏发电并入有所不同，欧美国家偏向于就地低电压接入，而我国是大规模集中接入和分散开发就地接入并举。光伏电源具有随机波动性的特点，其出力情况变化很大，这就使得含有光伏电源的电力系统在负荷预测，运行和规划上有更大的不确定性。当大量用户安装分布式电源来提供电能时，规划人员很难对准确预测负荷增长的情况，影响电网规划的准确性。
首先，规划所需考虑的数据量增多，光伏并网系统的接入增加了更多的电源节点，使电网变得更加复杂，寻求最优网架结构的过程将会更为困难。另外，光伏电站大规模并网，需要系统内有更多的调节电源，对抽水蓄能电站等调峰电源的需求将会增大。
二次规划方面，自动化系统、通信系统、保护装置等相关规划都需要加以改变，以满足新形势下的需求。
参考文献
[1] Viet N H，Yokoyama A．Impact of fault ride-through characteristics of high-penetration photovoltaic generation on transient stability[C]// International Conference on Power System Technology Hangzhou 2010.
[2] 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.
[3] 宋卓然,陈国龙,赫鑫,宋颖巍,刘岩,宁辽逸,东方. 光伏发电的发展及其对电网规划的影响研究[J]. 电网与清洁能源,2013,07:92-96.
[4] 钱军,陶梅玉,孙智一,顾皓亮. 光伏电站接入电网对电力系统电压闪变的影响[J]. 低压电器,2011,22:19-22.
[5]全丽风. 并网光伏电站引起的电压波动与闪变的研究[D]. 西安交通大学，2011.
[6] 陈炜,艾欣,吴涛,刘辉. 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,2013,02:26-32+39.
[7]丛伟,潘贞存,王成山,于春光,王伟,荀堂生,宋志明. 含高渗透率DG的配电系统区域纵联保护方案[J]. 电力系统自动化,2009,10:81-85.
论文作者:薛宇石 张静 刘东辰
论文发表刊物:《中国电业》2020年1期
论文发表时间:2020/4/23
标签：光伏论文; 惯量论文; 电网论文; 电源论文; 系统论文; 电压论文; 谐波论文; 《中国电业》2020年1期论文;