摘要：在能源压力与日俱增的情况下，大规模光伏发电研究取得了快速进步。本文将对大规模光伏发电给电力系统带来的影响进行分析，主要包括对其功频率、无功电压、功角稳定性、小扰动稳定性、电能质量以及配电系统保护的影响。
关键词：光伏发电；电力系统；无功电压；功角稳定；配电系统保护
太阳能是一种清洁能源，利用太阳能发电可以达到节约化石能源、降低环境污染的效果。近年来，国内外对大规模光伏发电的研究取得了长足进步，目前该技术已经在电力系统中得到了一定程度的应用。大规模光伏发电具有集中开发远距离外送消纳和中高压接入等特点。采用大规模光伏发电对电力系统的影响是多方面的，需要对其产生的影响进行全面分析，从而找到一下阶段大规模光伏发电的研究方向。
一、大规模光伏发电对电力系统功频率及无功电压的影响
（一）使有功频率的稳态、暂态特性发生变化
由于大规模光伏发电的自身特点，在接入电力系统时会对系统的固有有功频率特性产生较大影响。其特点主要表现在以下几个方面：（1）光伏发电具有随机波动性；（2）由于电源是静止元件，不会产生转动惯量；（3）在低压穿越时表现出不同的动态特性；（4）电源的抗扰动能力和负荷能力较差，容易脱网。由于大规模光伏发电具有这些系统特性，在接入电力系统后，会引发电力系统的稳态、在台特性出现变化，在进行系统规划和运行管理时，需要格外注意。由于光伏发电电源自身不具备转动惯量，因此在接入系统后会降低原有系统的等效转动惯量，使系统应对功率波动的能力下降。应对电源有功频率进行适应性调整[1]。
（二）影响电力系统的无功平衡特性
大规模光伏电源的接入地点一般在荒漠和戈壁地区，这些地区的特点是负荷水平低、短路容量小，因此光伏发电徐璈经过高压电网进行远距离外送。由于其有功出力具有随机波动特点，进行长距离传输、穿越近区电网时，会对电力系统的无功平衡特性产生影响，导致传输线路的母线电压出现较大幅度的波动。由于目前并网运行过程中光伏电源对无功电压的支撑能力仍然较弱，会增加电力系统电压失稳的风险。而且，光伏电源的接入也改变了电力系统的辐射结构，使其从原来的单电源结构变成多电源结构，从而导致电网潮流的分布、方向等控制更加困难，进而对电压质量产生影响[2]。
二、大规模光伏发电对功角稳定及小扰动稳定性的影响
（一）对功角稳定性产生的正向、负向影响
虽然光伏电源属于静止元件，自身不存在功角稳定性方面的问题，但同时光伏电源也没有转动惯量，因此在接入电力系统会，会改变电力系统的传输功率和等效惯量，从而导致原油系统的功角稳定性产生变化。接入光伏电源对原电力系统的影响主要取决于电网的拓扑结构、运行方式、接入位置、光伏发电规模以及光伏电源控制技术。从实际接入效果来看，光伏电源接入电力系统，既有可能使其发生正向变换，也可能产生负面影响。因此在接入前需要经过仿真分析来确定光伏电源的接入效果。相关研究发现，光伏电源的分散接入比集中接入有利于电力系统震荡稳定。在具体的设计过程中，应根据原电力系统的实际情况制定接入方案。光伏发电系统如图1所示。
图1 光伏发电系统示意图
（二）影响电网稳定性
利用光伏电池进行发电，不具有电磁量不平衡等问题，其对电网稳定性的影响主要表现在电气运行的不稳定方面。有学者在光伏功率一定的情况下，采取小扰动分析法对电力系统中两个节点的不稳定性进行分析，将光伏接入带来的不稳定性现象总结为接近最大功率的节点更容易出现高出力现象。由于光伏发电发生故障时的不平衡功率只可以被直流侧电容吸收，但是光伏发电站的电容储能能力较小，因此会导致直流侧的电压快速上升，给电源的稳定运行带来不利影响。
三、大规模光伏发电对电能质量及配电系统保护的影响
（一）对电力系统供电质量的影响
电力电子设备的广泛应用使光伏电源在接入电力系统的同时也增加了许多非线性负载，容易导致供电质量出现问题。其主要变现为：（1）逆变器的开关速度反应变慢，存在开关延迟，导致系统输出失真或产生谐波；（2）太阳光的剧烈变换会影响光伏电源的输出功率，也会导致电力系统产生谐波；（3）在大规模光伏发电的集中接入过程中，会产生电流谐波的叠加问题，也会对供电质量产生影响。此外，直流注入也是目前光伏发电需要解决的问题。从体来说，针对光伏发电存在的这些问题，可以采取安装隔离变压器、合理设计逆变器的拓扑结构、进行电容隔直和检测补偿等措施进行调节。
（二）对电力故障及配电保护的影响
大规模光伏发电的接入会导致电力系统的故障特征出现较大变化，并使原有馈线保护受到影响，发生保护装置误动、拒动等问题，影响系统的正常运行。由于变压器的连接方式不同，与其相连的逆变器可能会形成额外的接地回路，进而加大单相接地故障的对地电压，使保护装置的动作特性发生变化。因此，需要对扰动敏感的光伏发电变换器增加保护措施，主要包括三项不平衡的保护措施、直流分量抄表的保护措施等。
结束语
综上所述，虽然光伏发电自身具有多方面优势，但是在接入电力系统的过程中，也会对系统稳定性产生一定影响。通过对大规模光伏发电给电力系统带来的影响进行分析，可以为相关研究提供方向。针对目前存在的负面影响问题，采取有效的解决措施，从而充分发挥光伏发电的优势，促进电力企业的可持续发展。
参考文献
[1]索江镭,胡志坚,刘宇凯,张子泳.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,2015,02:99-105.
[2]韩华玲,李臻,施涛,陈宁.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,2013,05:61-66+72.
论文作者:胡颜艳
论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/19
标签：光伏论文; 电力系统论文; 电源论文; 系统论文; 惯量论文; 电压论文; 稳定性论文; 《基层建设》2017年第26期论文;