摘要：国经济的发展，与高耗能的资源产业有着很大关系。由于我国空气污染以及各种污染逐渐加重，我国越来越重视新能源产业。其中光伏发电作为新能源产业中的关键，为发展新能源、推进光伏产业链的发展有着积极意义。本文在分析大规模光伏发电系统相关概念的基础上对其进行建模与仿真分析，最后重点分析其对电力系统的影响。
关键词：规模；光伏发电；电力系统
引言
习总书记近期曾考察国家电投集团黄河公司太阳能电力公司，提出要大力发展我国的光伏产业。随着光伏发电在整个电力系统中的装机容量所占比例逐渐增加。在光伏产业不断发展的过程中，其对电力系统的影响越来越明显。
1.模光伏发电系统
光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统。整个系统中最关键的就是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。光伏发电系统的优势在于可靠性高、不污染环境，既可实现独立发电又能并网运行。光伏发电系统利用的是光生伏特效应。有相关调查结果显示预计到2030年，可再生能源在总能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上[1]。
光伏发电系统包括3种，分别为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。其中并入电力系统中的光伏发电系统对电力系统会产生一定的影响。
2.模光伏发电系统的建模与仿真
2.1阵列模型及控制模型分析
一般是通过光伏电池模型和串并联关系组合起来能够得到光伏阵列模型。光伏系统中的换流器决定了光伏发电单元的暂态并网特性。为了能够对控制器进行简化，目前主要是采用前馈解耦控制策略[2]。简化模型见图1。
如果是外环控制，考虑到光伏并网换流器具备了有功、无功两种解耦控制能力。外环控制根据电网对光伏发电系统的要求去设定和实现换流器的有功类、无功类并网策略，目前主要有电流源和电压源两种并网模式。
2.2动态模型与稳态模型分析
要考虑到状态方程并通过联立的方式得到状态方程组，为建立光伏发电系统模型打下基础。而针对光伏发电系统的稳态模型，可通过电压或电流控制模式的逆变器接入电网，在潮流计算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。如果在潮流计算时需计及光伏发电系统的内部，可建立含光伏陈列、逆变桥、变压器和滤波器等准稳态模型的潮流方程。
3.模光伏发电对电力系统的影响
3.1大规模光伏发电对电力系统有功频率特性的影响
光伏发电与其他发电方式有着很大的不同，其没有转动惯量，加上电力电子等设备原件的安全，电源抗扰动和过负荷能力相对较差，容易出现脱网的情况，正是基于这些特殊因素导致大规模的光伏发电在并入电力系统后可能会影响到整个电力系统的正常运行。这种对电力系统的影响主要表现为对系统有功平衡造成影响[3]，进而影响到整个电力系统的一次、二次调频等。另外，电力系统的备用优化策略也可能因大规模光伏发电系统的接入而出现变化，主要表现为影响系统应对功率缺额和功率波动的能力，甚至在特殊情况下还会出现频率几句变化的情况。
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3.2大规模光伏发电对电力系统无功电压特性的影响
以光伏电站装机容量达到244万千瓦，约占全国光伏装机总量的5%的黄河公司为例，其作为中国乃至全球最大的光伏电站运营商，位于青海省，虽然依托自然资源优势发展清洁能源、推进光伏产业链发展，但是这类大规模光伏集中接入的地区大部分都在荒漠地区或者是戈壁地区，当地的负荷水平有限，而大规模光伏电力是需要利用高压输电网络实现远距离的外送，这种情况下会影响到电网无功平衡特性，甚至可能因实际并网运行的光伏电源无功电压支撑能力弱[4]，导致出现电压失稳的情况。深入分析出现这种情况的原因就是因为大规模光伏分散性的接入到配电网中，会改变电网原本的辐射状网架结构，进而影响到电网潮流分布、方向等等。
3.3大规模光伏发电对电力系统功角稳定性的影响
大规模光伏发电之所以会影响到功角稳定性，是因为接入电网后电源的潮流分布、通道传输功能发生改变，正是基于这些原因导致功角稳定性出现变化。这种对功角稳定性的影响可能是正面的，也可能是负面的。有时候大规模光伏并网还可能因为故障穿越能力不足导致脱网[5]，特别是在实现了集中化之后，脱网现象的出现会对整个系统的稳定性带来非常大的影响。因此需要在并网之前评估脱网风险，制定相对应的措施。功角稳定性受到影响的另一种主要表现就振荡型失稳。并网之后逆变器与常规机组都可能会影响到系统的阻尼。
3.4大规模光伏发电对电力系统小扰动稳定性的影响
光伏发电中使用的电池同样会存在电气运行不稳定的问题。有研究基于动态等效阻抗适配概念对光伏电气运行不稳定点的机理进行了分析。一般情况下，故障期间的不平衡功率只能由光伏电站的直流侧电容吸收，但是由于电容的储能作用一般，因此不平衡功率会直接导致直流测电压迅速上升，给电源的正常可靠运行带来影响。
3.5大规模光伏发电对电力系统电能质量的影响
大规模的光伏接入到电力系统中，电力电子的应用使得大量非线性负载也加入到系统中，对电力系统造成一定的影响。这种影响具体体现在对电能质量方面的污染上。具体表现为逆变器的开关速度会变慢，进而导致输入失真，产生谐波。加上每天的太阳光不稳定，如果出现太阳光急剧变化的情况[6]，也会增加产生谐波的可能性。从目前不管是国内还是国外的大规模光伏电站的运行现状总结发现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。另外一个光伏并网需要重点解决的问题就是直流注入，这个问题的产生是由多个因素导致的，例如光伏出力的大幅、高频随机波动可能会引发电压波动、闪变以及电压偏差等等。从距离角度来看，光伏电站需要通过长距离输电线缆接入到弱电网中，滤波电容可能会引发谐振从而导致某些次谐波方法问题。
4.结语
本次研究重点对大规模光伏发电系统的相关概念、建模与仿真以及对电力系统的影响进行了分析，虽然我国在光伏产业方面发展方面已经取得了一定的成就，但是从技术层面而言我国在大规模光伏发电并网电力系统之家仍然存在一定的问题，这可能在一定程度上影响电力系统的正常运行，因此仍然有研究对这个方面进行深入分析，提高技术含量，解决技术层面的问题。
参考文献：
[1]丁明，王伟胜，王秀丽，等. 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，2014，34（01）：1-14.
[2]索江镭，胡志坚，刘宇凯，等. 大规模光伏发电并网对互联电力系统阻尼特性的影响及其阻尼控制策略[J]. 西安交通大学学报，2015，49（02）：99-105.
[3]韩华玲，李臻，施涛，等. 大规模光伏发电接入对直流输电系统的影响研究[J]. 电网与清洁能源，2013，29（05）：61-66+72.
[4]王果，李民. 关于大规模光伏发电对电力系统的影响分析[J]. 科技展望，2016，26（17）：114.
[5]张央. 大规模光伏发电对电力系统的影响分析[J]. 低碳世界，2016，（23）：60-61.
[6]戴成弟，蒋勇. 大规模光伏发电并网后对电力系统的影响[J]. 经营管理者，2016，（34）：519.
论文作者:张伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/30
标签：光伏论文; 电力系统论文; 系统论文; 电压论文; 模型论文; 电网论文; 逆变器论文; 《电力设备》2017年第22期论文;