赵村
（国网天津城东供电公司）
摘要：光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。本文介绍了全球能源趋势、光伏发电系统的运行方式及大规模光伏发电对电力系统影响。
关键词：绿色能源；光伏发电；光伏系统；电力系统影响；
太阳能是资源最丰富的可再生能源，它分布广泛，可再生，不污染环境，是国际公认的理想替代能源。在长期能源战略中，太阳能光伏发电将成为人类社会未来能源的基石，世界能源舞台的主角。现在世界上许多国家都加大了对太阳能光伏发电技术的研究，并制定了相关的政策鼓励太阳能产业的发展。
1 全球能源趋势
全球常规能源可开采量已屈指可数。中国的常规能源远远低于世界平均水平，约为世界总储量的10%。从长远来看，太阳能将是未来人类主要的能源来源，可以无限期使用，因此世界上许多发达国家和部分发展中国家都十分重视太阳能在未来能源供应中的重要作用。
可以断言，光伏发电正在快速进入电力能源结构，并且将逐步成为其重要的组成部分。谁掌握了可再生能源和太阳能发电技术，谁就掌握了未来发展的主动权。
2 太阳能光伏发电系统的运行方式
太阳能光伏发电系统的运行方式主要分为离网 运行和联网运行两大类。
离网运行系统：未与公共电网相联接，又称为独立太阳能光伏发电系统。主要应用于远离公共电网的无电地区和一些特殊场所，如为公共电网难以覆盖的边远农村、海岛、通信中继站、边防哨所等场合提供电源。
联网运行系统：与公共电网相联接，共同承担供电任务。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段，成为电力工业组成部分之一的重要方向，也是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。联网太阳能光伏发电系统具有许多独特的优越性。
（1）以对电网调峰，提高电网末端的电压稳定 性，改善电网的功率因数，有效地消除电网杂波。
（2）电能回馈电网，以电网为储能装置，省掉蓄电池。
（3）电池与建筑完美结合 既可发电又可作为建筑材料和装饰材料，使资源充分利用，发挥多种功能。
（4）电网灵活，既有利于改善电力系统的负荷平衡，又可降低线路损耗。
3 大规模光伏发电对电力系统影响
3.1 对有功特性的影响
光伏电力大幅、频繁的随机波动性对系统有功平衡造成了冲击，进而影响到系统的一次、二次调频以及有功经济调度等运行特性，频率质量越限等风险加大；系统备用优化策略等将因光伏接入而发生变化，对与常规机组等其它多类型电源的有功频率协调控制以及调频参数整定等也提出了适应性需求；同时，由于光伏电源是非旋转的静止元件，随着接入规模的增大并替换常规电源，系统等效转动惯量降低，恶化了系统应对功率缺额和功率波动的能力，极端工况甚至会发生频率急剧变化，频率跌落速率及深度可能触发低频减载、高频切机等安控、保护动作的严重运问题。
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3.2 对无功电压特性的影响
大规模光伏集中接入更多是在戈壁、荒漠地区，当地负荷水平较低，接入的地区电网短路容量相对较小，大量光伏电力需通过高压输电网远距离外送，随机波动的有功出力穿越近区电网以及长输电通道，影响到电网无功平衡特性，进而造成沿途的母线电压大幅波动。同时，目前实际并网运行的光伏电源无功电压支撑能力较弱，发生电压质量越限甚至电压失稳的风险加大；对于规模化光伏分散接入配电网而言，光伏接入改变了电网既有的辐射状网架结构，单电源结构变成了双电源或多电源，电网潮流分布大小、方向等复杂多变，潮流变得更加难控，进而影响到配电网的电压质量，影响程度与光伏接入位置、接入规模以及出力等关系较大。
3.3 对频率特性的影响
光伏电源是静止元件，本身不参与功角振荡，不存在功角稳定问题，但由于其随机波动以及无转动惯量等特性，大规模光伏接入后改变了电网原有潮流分布、通道传输功率，减小了系统的等效惯量；同时，计及故障穿越期间光伏具有与常规机组不同的动态支撑性能，因此光伏接入后电网功角稳定性会发生变化，变化情况取决于电网拓扑结构、电网运行方式及所采
用的光伏电源控制技术、光伏并网位置及规模。光伏接入既有可能改善、也可能恶化电网的功角稳定性，这必须结合具体场景通过仿真分析才能确定。
3.4 对电能质量的影响
随着大规模光伏的接入，电力电子广泛应用使得大量非线性负载也加入到系统中，对电力系统造成污染，出现电能质量问题。逆变器开关速度延缓，导致输出失真，产生谐波；在太阳光急剧变化、输出功率过低、变化过于剧烈的情况下，产生谐波会很大；也会出现大规模光伏集中并网时电流谐波叠加的问题等。国内外若干大型光伏电站的运行经验表明：即使单台并网逆变器的输出电流谐波较小，多台并网逆变器并联后输出电流的谐波也有可能超标。
3.5 对继电保护和自动装置的影响
光伏电源接入配电网后使配网故障特征发生了变化，对继电保护和自动装置产生若干影响：
1）网架结构由单电源辐射状网络变为双电源、多电源的复杂拓扑结构，从而故障电流大小、方向及持续时间均发生变化，原有馈线保护都将受到影响，保护装置会发生误动或拒动。
2）根据变压器连接方式的不同，与变压器相连的逆变器会额外形成接地回路，影响零序电流或在单相接地故障时加大未短路相的对地电压，也将改变继电保护的动作特性。
3）对扰动较为敏感的并网光伏变换器增加了必要的保护内容，包括低电压穿越、输出谐波超标、输出直流分量超标和三相不平衡保护等；。
4）对配电系统中的线路三相一次重合闸以及变电站(开闭所)的备用电源自投装置应用产生一定的影响。为防止出现非同期合闸，对于接有经逆变器并网的线路或母线，其三相一次重合闸起动时间或须备用电源自投断路器的动作时间均要大于逆变器保护最大动作时间。
参考文献
[1]任新兵.太阳能光伏发电工程技术[M].化学工业出版社,2011.9.
[2]赵争鸣,等.太阳能光伏发电及其应用[M].科学出版社，2005.
[3]杨贵恒，强生泽，张颖超，郑勇编.太阳能光伏发电系统及其应用[M].化学工业出版社，2011.3.
[4]王东.太阳能光伏发电技术与系统集成[M].化学工业出版社,2011.6.
[5]李春来，杨小库等.太阳能与风能并网技术[M].中国水利水电出版社，2011.12.
论文作者:赵村
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/1
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