摘要：对于大规模光伏发电而言，不仅拓展了我国电力资源的来源，还使人们越来越重视环境和节约用电问题。为了更好地促进大规模光伏发电机组的有效运行和生产，从而广泛服务于大众，应对光伏大规模光伏发电机组进行研究，对于其接入配网系统的行为进行研究，对其接入后可能对原先单一电源的电网造成的影响进行研究，从而为相关专家和学者进一步研究消除这些影响的措施提供参考，也为更好地利用太阳能作出一定的贡献。未来，越来越多的光伏发电机组并入电网系统是不可逆转的趋势，因此，相关电力工作者应加快研究速度，消除一切阻碍光伏发电并入电网的问题，从而提升我国电力事业的发展水平。本文对大规模光伏发电对电力系统的影响进行研究。
关键词：大规模光伏发电；电力系统；影响；研究
随着社会的快速发展，人们对化石能源和能源安全等方面加大了关注力度，由于环境的不断恶化导致人们对清洁能源和可再生能源的需求逐渐增加，大多数国家都致力于开发利用太阳能和风力发电，大规模的展开决策和规划，促使着电力系统的新时代来临，将新能源发电作为今后发展的标志所在。在电力线同当中，光伏发电在装机容量之中占据的比例较大，人们更加关注电力系统在规划、仿真和调度控制方面的影响，目前的光伏发电具有两种方式并存的格局：其一是规模化的分散开发，低压接入和就地消纳；其二是集中大规模的开发，中高压接入和高压远距离外送消纳。这两种方式都对电力系统有极大的影响，不论是从深度出发还是从电力系统的广度考虑，都是国内外对光伏发电的主要研究方向。
1光伏发电的概念以及工作原理
1.1光伏发电并网系统概述
光伏发电并网系统指的是依据光伏电池在光生伏特效应的推动下，形成的矩阵型电流，从而接入到并网逆变器以及变压器，形成稳定电压水平下的电流，中间无需通过蓄电池的储能环节，而是直接将电力资源运输到公共电网之中。这种步骤形成出来的便是光伏发电并网系统，其优点是使得电力经过的中间过程较少，造成电力资源的损耗程度最低，保障了能量消耗的最低值，并且形成发电系统的硬件工具占地空间较小，就算是大规模的光伏发电也不需要非常浩大的场地。但光伏发电并入大电网后，往往因光伏部分的逆变器离散动作和发电间隙性的特点，在向电网输送功率或被电网输送功率时，都会造成整个电网系统电压的短时或长时变化，这些是光伏发电并网时需要研究和解决的问题。
1.2光伏发电的工作原理
其主要的工作原理就是借助半导体光电效应，对光能进行一种转换，最终成为电能，在光伏发电装置当中，半导体是由硅原子和硼原子这两个主要部分组合而成，由于这两种原子都具备了电子吸附功能，在光能的转化中起着较强的作用，半导体能够借助这两种原子将太阳光中的正电荷例子进行吸附，利用光波和光能量转换成为电能，电流就由此形成。现如今我国大规模光伏发电装置都利用到了多硅晶，其中蕴含着硅原子和硼原子这两大元素，还融合了些许磷元素，在光伏发电系统中结合了燃烧板，能够有效帮助其稳定发展，促使我国的电力企业可持续化。
2大规模光伏发电入网的建模
2.1光伏电池及其阵列建模
单二级管模型作为光伏电池的等效电路基础，要想科学的建立完成就需要建立在KCL的基础上，将相关的光伏电池数学表达式表达出来，所以相关的工作人员可以通过电池的提供商来获取相关的技术参数值，例如在使用过程中可能出现的短路电流和最大功率电流以及电压等，通过上述的数据来获取关于大规模光伏系统的模型表达式，并且可以借用光伏电池模型和串并联组合，得出光伏列阵集成模型，但是在形成光伏电池及其列阵模型之中仍然存在着较多问题，例如光伏组件间的差异和逆变器某型出现问题等。
2.2换流器以及内环控制模型
作为光伏发电系统中的重要组件，换流器也决定着光伏发电单位的暂态以及其他并网特性。而当前的换流器主要采用内外环结构的控制方式。就内环来说，主要以电流输入为主，将外环所控制生成的电流参考值作为重要基准，并通过换流器将电流纳入输电网络系统。在外环控制中主要是以电压为输入。而外环控制主要通过电压输入进行，并经过各个控制环节来生成内环控制的电流参考值，这也就决定了换流器的并网策略和外特性等。在换流器及内外装置的设计过程中，工作人员一般会采用解耦控制策略，将换流器机电暂态某型下的电压、电流等进行解耦处理，并将这些信息添加到内环控制过程中。为了促进模型更好地应用，我们最好对换流器及内环控制环节进行简化。就外环控制某型来说，工作人员要根据电网系统对光伏发电系统的要求进行设定，从而实现换流器的并网功能。
2.3建立光伏发电动态模型
在组建光伏发电的动态模型之时，需要用方程组的形式来建立起发电系统中各个部位的具体状态方程，同时还要用逆变器及MPPT的控制转化成相应的状态方程，从而将两个方程并列在一起，组建起合适的方程组，进而建立起相应的光伏发电动态模型。
2.4光伏发电系统的稳态模型
在光伏发电系统当中，由于逆变器的双环控制模式，可以实现以电压或者电流的方式来接入电网，在这样的情况下，在潮流计算当中可分别处理为有功输出、并网节点电压恒定的PV节点或入网电流恒定的PI节点；一般情况下，功率因数为1的光伏发电系统需要安装无功补偿装置，而节点的电压幅值与电容器等补偿装置的无功输出有着直接的关系，在进行潮流计算的过程中，如果需要对光伏发电系统的内部进行计算，就需要建立相应的潮流方程，在这种潮流方程当中，需要包含光伏阵列、逆变桥和变压器等稳态模型。
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2.5研发光伏发电系统的相应模型
如前文所述，其建模原理提供了与之有关的电力系统各种研发活动（包括“仿真平台”）的理论基础，直至目前，其已经得到有效研制并获得成功的这一类平台主要有两大类——即PSASP和PSD-BPA，此二者对目前的光伏发电动以及稳态模型有着很大程度上的影响，对大规模光伏发电并网这一层面活动初步形成了相应的仿真手段，同时也在很多商业性质较为明显的平台软件中，同样有着不少的“自定义功能模块”（一般都较为灵活），上述各种平台的研发也提供基础给给发电站建模研究等活动，使之大获便利。
3大规模光伏发电对电力系统的影响
3.1影响了系统有功频率特性
光伏发电拥有的特性包括了精致的电源、低电压穿越期间的不同特征、外处理的速记波动性、脱网现象较为频繁及环路器并网过程中的无转动惯性等等，这些特性的存在使得大规模光伏发电在介入时会破坏系统的稳定性，使得一些状态特性发生相应的变化，从而影响了整个电力系统的的规划与运行。除此之外，在实施光伏发电时，会产生较为频繁的随机被动，从而冲击了系统的平衡性，影响了对系统的一、二次调频，对电力系统的有功经济调度等一些运行特性会产生重大影响。与此同时，因为大规模光伏发电的介入，使得电力系统需要根据实际情况进行相应的调整。而且，由于电源是静止的原件，因此会随着所接入光伏发电的规模增大而增大，使得电源在实际运行时略显不足，则需要及时更换电源来满足光伏发电的需求。严重时还会导致电力系统崩溃，进而增加了所需维护的实际工作量。
3.2无功电压特性
大规模光伏发电的地区多为戈壁、荒漠，这些地区电力负荷较低，电网短路容量小于其他地区，而光伏发电形成的电流较多，如果传送的距离很长，必须借助高压输电网完成，让系统内的无功平衡特性失衡，增加母线内的电压。同时，让光伏分散并入电力系统，让系统内已经形成的辐射网发生了变化，改变了电源的运作方式，控制能力被削弱，导致电压不稳。
3.3光伏发电入网对功角稳定性的影响
光伏电源本身是及其稳定的，它不会参与到功角的震荡当中，所以不会影响功角稳定性，但是光伏电源在入网时对电网原有的功率分布、电力传输功率等全都改变了，使电网原本的功角稳定性发生变化，这种变化与电网原本的拓扑结构有关，有可能影响是有利的也有可能是不利的，具体的情况还要很据电网的具体拓扑结构和模型分析才能得出。光伏发电在进行并网时可能会出现脱网现象，这种现象会给电网的稳定性带来极大的冲击。功角失稳有一种类型为振荡型失稳，这种失稳使原本的系统运行点发生了变化，改变电网运行阻尼，这种失稳不但会造成机电振荡模式，还能给范围内的其他频段造成振荡。振荡的程度与光网接入位置和并网时的穿透率大小有关。
3.4大规模光伏发电对电能质量的影响
伴随着大规模光伏的进入，电子的应用系统加入了大量非线性负载，造成电力系统污染，使电能质量受到影响。在太阳光剧烈变化和输出功率低下的状况下，会产生很大的谐波，也会产生电流谐波叠加等问题。国内外许多大型光伏电站的运行经验说明了多台并网逆变器的电流谐波很有可能超出标准。面对这个问题，可以对多台逆变器电流谐波问题进行建模，分析出电网阻抗耦合效应在大型光伏电站逆变器并联系统中的存在，是影响并网电流谐波含量超标的关键，滤波电容是光伏电站长距离输入电网，造成谐波不稳的可能因素。光伏波动会影响电压变动的诸多问题。对光伏进入电网后的电能质量问题，提出了控制谐波的有效途径：比如增加谐波补偿器、无源固定频次滤波器、有源滤波器和混合滤波器等。
3.5对小扰动稳定性的影响
光伏电池不存在动力学稳定问，和机械与电磁量不平衡无关，但是却存在有电气运行不稳定的问题，所以当大规模光伏并网之后，能够直接影响到电网的稳定性。当注入特定的光伏功率后，可以借助小扰动法来分析理论上的两个运行点，其中的一个运行点是不稳定的，其中的不稳定现象大多数出现在接近最大功率运行点的高出力水平。而在动态等效阻抗适配概念的基础来对光伏电气运行不稳定点的机理进行分析发现，故障期间的不平衡功率吸收只能够依靠光伏电站的直流侧电容，但是受到电容储能作用小的影响，不平衡功率促使直流测电压的快速上升，影响了电源的可靠运行。同时也可以通过建立含光伏电池和逆变器等小信号数字模型，通过特征值法对遭受小干扰后的稳定性进行分析，对光照扰动后的稳定性进行仿真验证。
结束语：
社会经济的不断发展给人们带来诸多便利和好处的同时，也使得我国经济发展面临着资源枯竭、环境污染的不良境地。同时，社会经济的不断发展对各种清洁能源、可再生资源的需求量愈来愈高。例如，很多国家都开始应用太阳能以及风力等进行发电，确实发挥了良好的经济效益。作为一种新的发电方式，光伏发电的应用使得人们对电力系统的调度和控制工作等也更为重视。下面，笔者将对大规模光伏发电技术进行深入探讨。
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论文作者:李跃鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/7/31
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 电力系统论文; 电流论文; 电压论文; 模型论文; 《电力设备》2018年第11期论文;