摘要：目前，我国开始使用大型地面光伏电站进行发电，并且接入大电网供人们生产生活使用，但在多次实践的过程中，发现了并入大电网后产生的一系列问题，对电网系统的运行产生了一定的影响。文章主要从光伏发电的含义与建模的角度分析其如何并网，及其造成的影响。
关键词：光伏发电；建模；并网
引言
随着人类的发展，自然资源的不断开发与利用，资源短缺的现象越来越严重。因此，如何合理利用可再生资源成为人类共同面临的主要问题。电能是人类生活中不可或缺的能源，而新能源——太阳能发电的使用为电力系统注入了新的活力。大型地面光伏发电在电力系统中的地位越来越重要。
1大型地面光伏发电的现状
太阳能是一种分布广泛的可再生资源。在我国太阳能资源的分布很广，尤其是我国的西北地区，光照充足，地域辽阔，特别适合建造大型地面光伏电站[1]。伴随着光伏组件的成本越来越低和技术的不断创新，将太阳能转化为电能成为电力系统中越来越重要的一部分。光伏发电在可再生资源的利用前景上一片光明。其不仅仅在离网光伏系统及并网光伏系统领域中有运用，其应用领域还在不断地延伸和发展，比如石油、农业种植、交通、野外监测、水产品养殖、城市应用、军事领域、通讯事业等方面[2]。
但是，我国光伏发电的在应用上还存在很多不足。首先，光伏发电系统中的部分器件还依赖国外进口，导致光伏发电的成本较高。其次，由于欧美光伏市场的“双反”限制，影响到我国的光伏产业的经济利益，不利于光伏产业的发展，再加上国内光伏产业线的不断增加，造成产能过剩更影响其产业的发展。第三，偏远地区的离网光伏电站的维护没有得到及时地处理，光伏发电的效能得不到发挥。
综上所述，光伏发电虽然存在一定的问题，但是，其发展前景却是光明的，光伏发电在许多领域都会得到有效的利用。同时，可以解决可再生资源的开发与运用问题。
2光伏发电并网的建模
光伏发电是将光能转化为电能的一种技术，它的产生是利用了半导体界面的光生伏特效应原理。光伏发电系统主要由光伏电池组件和逆变器组成。光伏发电相对于其他发电方式来说，有很大的优势，但也存在缺点，其表现出来的运行特性有别于传统的火力发电机组，所以，需要通过准确的建模才可以科学、客观的分析其对电力系统造成的影响[2]。我们首先对光伏系统中的主要组成部分——光伏电池与逆变器进行分别建模。
在创建光伏电池及其串列模型时，以单二模型为主要参考，再利用基尔霍夫定律，让理论公式简便化，最后把数学表达式作为该模型的表达公式，这个公式可以解决计算工程常见的问题。
逆变器模型分为两部分。一部分是电流控制模型。采用电压外环、电流内环控制。外环输出电压的实时偏差值作为内环电流的给定值，从而控制并网电流的稳定。另一部分是基于MPPT（最大功率点跟踪）控制的动态模型，需要根据不同的MPPT控制策略分别处理。
综合光伏电池模型与逆变器模型可以得到光伏发电系统模型。它是以动态模式的理论为基础，创建的平台，它采用了很多仿真手段，对并网电流进行控制。
3大型地面光伏并网对电网的影响
由于大型地面光伏发电并网后，其在该区域的发电量占比会发生实质性变化，影响到传统以火力发电机组为主导的电力系统。通过建立的数学模型，发现大型嗲面光伏发电对电网的影响主要表现为以下几个方面。
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3.1有功频率特性
由于光照条件存在变化，光伏发电的并网电流也会随之变化；光伏电源不同于传统火力发电机组，不存在转动惯量，可看作为一种静止元件；其在低电压穿越的过程中，会形成有功和无功的动态；电力人员要确保电能输送时，不会破坏使用中的各种设备元件，导致带负荷能力较弱，脱网事故等[3]。这些特点都会让电力系统的特性发生变化，让系统调整运行的方案。
光伏发电无规律的有功功率变化会严重影响电力系统内部的平衡，并改变了多次调频与调度的特点，其频率越限制等级，传送的风险也就越大。并且，系统通常会准备几套备用系统，但这些系统在光伏电源接入后，会根据接入后的数据做适当的调整。又因为光伏电源是静止元件，为了满足电力传输的需求，替换了以往使用的常规电源，导致系统应对紧急情况的能力减弱，严重时还会产生频率频繁变化的情况，影响系统稳定运行。
但随着光功率预测系统精度的提高，以及储能元件逐步市场化，光伏发电并入电网的有功功率调节能力越来越强，因此可以通过优化光伏发电的并网技术和电能质量从而提高其并入电网的稳定性。
3.2无功电压特性
大型地面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，而光伏发电量大，如果传送的距离远，必须借助高压输电网完成，这将使系统内的无功平衡特性失衡，增加母线内的电压。同时，光伏电源分散并入电力系统，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。
通过优化光伏电站及逆变器的无功控制，并且改变传统电网滞后的控制方式，使其智能化可以有效接纳光伏电源的接入。
3.3功角稳定性
光伏电源本身并不会影响功角的稳定性，但因为它产生的随机波动和无转动惯量，改变了系统原有的电流流向、传送电流的功率，又缩减了等效惯量的数额。所以，在光伏并网发电后，功角稳定性必然受到影响，需要做适当的调整，其调整方案主要从运行的方式和采用的技术等方面决定。而在这些影响中，除了可以完善系统的不足外，也有可能使系统的功角恶化，引起电力脱网，特别是在实现集中化、规模化后，一旦出现脱网，会对系统的稳定性产生严重影响，因此，要根据光伏发电并网后实际的传输特点，对脱网形成的风险进行预估。
3.4电能质量
现在，大规模光伏发电并网，要求电力网络改变原有的电源结构，调整光伏发电在系统中使用的数量，适当扩大或缩小规模，减小光伏发电对电网的不利影响，保证电网运行的稳定性。目前对光伏电站的并网电能质量要求严格，在谐波、电网适应性、低电压穿越性能等方面做了明确要求。但在许多细节方面，如瞬时扰动、电网谐振等，还需要进一步提高其控制质量，以满足未来光伏发电大比例并入甚至取代传统电网的需求。
4结语
光伏发电属于清洁能源利用的一种方式，从某个角度来说，它可以节约能源的使用，在一定程度上缓解我国能源不足的问题。但就目前的情况来看，大规模的光伏发电一方面给人们生活带来了便利，缓解了环境压力，另一方面也对电力系统造成了不同程度的影响，因此，在进一步深入研究光伏发电技术的同时，电力人员必须客观分析这些影响，采取相应的改善措施，从而保证我国的电力事业持续健康发展。
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.
[2]胡学浩，周孝信，白晓民等.极大规模光伏发电在我国的发展前景展望[J].科技导报，2010.
[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.
论文作者:大型地面光伏发电对电力系统影响及对策
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/12
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 电力系统论文; 电能论文; 电流论文; 模型论文; 《基层建设》2017年第8期论文;