摘要：太阳能发电作为一种清洁可再生能源，对石油、煤矿、天然气等有很好的替代作用，因此，发展光伏发电技术有利于解决能源问题。目前我国的光伏发电系统尚处于初级阶段，加强对光伏发电的研究有重要的经济现实意义。文章先对并网光伏发电的系统进行了介绍，然后分析了并网光伏发电的特性，最后针对大型并网光伏电站对电网的影响进行了深入分析，为制定相应的技术措施提供了支持。
关键词：光伏电站；电网；影响
前言
本文根据光伏电站的等值电路，结合太阳辐照度和环境两个变量，推导了光伏电站的输出功率关系式。针对光伏电站发出的无功功率与接入点电压关系以及光伏电站的故障特性，对光伏电站的无功功率与电网潮流进行交替求解，并提出光伏电池组件的故障切除条件。最后以 IEEE 14节点系统为例，对含光伏电站的发输电系统进行可靠性评估，并分析了太阳辐照度和不同的故障光伏组件切除方案对该系统的影响。
一、并网光伏发电系统概述
并网光伏系统是一种分布式发电方式，工作时先将太阳能电池组件产生的直流电转换成满足电网要求的直流电，然后并入公共电网。并网光伏系统的核心部件是并网逆变器，包含了电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪、抗孤岛等，是集检测、控制、并网和保护为一体的装置[1]。目前我国并网光伏电站的发展尚处于初级阶段，并网光伏发电站对电网的影响还需进一步的探讨和研究。并网光伏发电的方式不同于常规发电，并网光伏发电的能量密度低、稳定性和调节能力差，发电量容易受天气及地域的影响，因此并网发电后会对电网产生一定的影响。并网光伏发电不能套用常规发电的并网技术和接入计算方法，对于不同容量、不同并网方式和系统配置的光伏发电系统，应根据实际情况按要求接入不同的输电网或配电网。由于国内还没有比较全面可操作的管理标准和技术规范，因此对于并网光伏系统的评估尚不完善，从而影响了并网光伏技术的发展。
二、光伏电池阵列故障特性
光伏电池阵列是通过光伏组件串、并联而成，因此其故障特性较为特殊。当1个光伏电池组件发生故障时，由于旁路二极管的作用，该故障组件被短路。其所在并联支路中，其余状态良好的组件仍然能够正常工作。故障组件虽然停运，但不会进入检修状态，必须等到该并联支路退出阵列运行后，故障组件才开始检修。因此光伏组件故障与其他元件故障的不同之处在于，其故障状态有可能被保持，即元件故障之后需要等到所在并联支路满足切除判定条件后才开始检修。光伏发电具有间歇性、随机性的特点，这些规律难以预测，因此光伏发电还无法参与电力平衡的计划，光伏发电只能依据《可再生能源法》，并网后有电网公司收购，不能单独运行。光伏发电需要太阳辐射能作支持，因此只能在白天发电，夜晚不能发电，并且雨雪天的发电率较低。光伏发电的能力随太阳辐射的增强而增强，中午时发电能力达到最大。光伏发电站工作时，需要调整电网中其他电源的出力，提供一定的负荷保证光伏发电供电。当光伏发电收天气等因素影响时，又需要其他电源提供补偿，从而保证光伏发电的稳定性和可靠性。光伏发电的功率受天气因素的影响很大，通常比电网正常的负荷变化快，如当天空中有云层遮挡阳光时，光伏发电站的发电量会迅速减少 70%。光伏发电所需旋转备用大。由于光伏发电的特殊性，其可调容量不能随临时起停机完成，所以要处于旋转备用状态，大型光伏发电装机容量大，因此旋转备用也较大[2]。
三、不同的故障光伏组件切除方案对可靠性的影响
假定穿透功率为 0. 15，保持年最大负荷不变和总装机容量不变，考察故障光伏组件的不同切除方案对系统可靠性指标的影响。方案一为根据判定条件切除故障；方案二为光伏组件故障后其所在并列支路立即退出运行，对故障光伏组件进行检修。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆两种故障切除方案对系统可靠性指标的从上述可靠性指标计算结果看出，方案一明显优于方案二，表明采用本文所提出的判定条件分析指导故障光伏组件检修，能够改善光伏电站接入系统后的可靠性，增加光伏电站的平均年发电量，提高其运行的经济性。
四、大型并网光伏电站对电网的影响
大型并网光伏电站的接入，会对传统电网的规划设计、调度运行、电网保护等方面产生影响。分析这些影响对制定相关技术措施并保证电网正常运行有重要意义。以下对光伏发电并网的影响进行详细地介绍：
（1）光照条件的影响。由于光照的随机性、间歇性以及周期性，因此光伏电站发电对电网会产生影响。光照不稳定会引起电站输出功率出现大的随机波动，间歇性的功率波动会对降低电网的电能质量。
（2）光伏发电并入电网往往会造成各种扰动，这严重影响了电网系统的电能质量，主要表现在电压闪烁和谐波、电压脉冲、电压跌落、瞬时供电中断等电能质量问题。当光伏发电经过电子逆变器并网时，容易导致三相电流和谐波的不稳定，使输出的功率出现波动，会造成电网电压的频闪波动。
（3）光伏发电并网后将会对电网的调峰能力造成影响。由于光伏发电站工作时，需要调整电网中其他电源的出力，提供一定的负荷保证光伏发电供电。当光伏发电受天气等因素影响时，又需要其他电源提供补偿，从而保证光伏发电的稳定性和可靠性。
（4）对于大型并网光伏系统，其光伏电站的数量和规模都较大，相应地受光照条件的影响，将会出现输电线的电压稳定性问题。
（5）并网光伏接入配电网会使电网变成多电源结构，同时导致潮流和短路电流大小、流向及分布特性发生变化。
（6）光伏发电系统对电网的保护造成影响。当光伏发电系统出现线路故障时，会影响继电保护以及重合闸。目前我国中低压电网多是不接地单侧电源和辐射性供电网络，基于断路器的三段式进行变电站保护，主线上装有自动跳闸装置。大型光伏发电站的并网将使电网改变传统的单电源辐射型网络，变为两端或多端网络，因此会改变故障电流的大小，引起断路器保护和重合闸失灵。同时光伏发电系统自身的故障也会对系统的保护产生影响，当光伏发电系统的孤岛保护功能不能适应重合闸装置时，就会引起非同期合闸。
五、不同穿透功率系数对系统可靠性分析
穿透功率系数的增加对系统可靠性有明显改善作用。随着穿透功率系数的增大，即光伏电站出力不断增长，整个系统的停电风险迅速下降。当穿透功率系数达到0. 18后，穿透功率系数的增长对系统的可靠性影响呈现 "饱和 "迹象，新增加的光伏电站有功出力对系统可靠性的贡献增量越来越小。结果说明，含光伏电站的发输电系统中需要有足够容量的常规机组来保证整个系统的供电可靠性，在充分利用太阳能的同时需要根据可靠性和经济性综合指标优化光伏电站的容量[3]。
总结
光伏发电是一种新能源技术，因其独特的优势受到国际的广泛关注。光伏发电技术是可再生能源利用的有效形式，同时作为电网的重要补充，因此光伏发电在我国得到了大力发展，然而由于光伏发电自身的特点，当其接入电网时会对常规电网的运行规划和管理等方面造成很多影响，因此分析这些影响产生的原因，对于制定相关的技术措施和管理规范有重要的研究和实用价值。
参考文献
[1]秦睿，董开松，汪红燕，杨萍，刘海燕. 大规模光伏电站集中并网对电网的影响分析及对策[J]. 电气自动化，2016，36（03）：57-59.
[2]孙燕玲. 大型并网光伏电站对电网的影响分析[J]. 科技创新与应用，2015，（36）：292.
[3]杨明，周林，张东霞，张密. 考虑电网阻抗影响的大型光伏电站并网稳定性分析[J]. 电工技术学报，2015，28（09）：214-223.
论文作者:杨俊杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/30
标签：光伏论文; 电网论文; 电站论文; 故障论文; 系统论文; 组件论文; 可靠性论文; 《电力设备》2017年第21期论文;