摘要：大规模光伏发电系统能够在一定程度上缓解用电紧张的局面，但是同样也会对电力系统造成一定的影响，在电网系统中接入大规模光伏发电系统的过程中， 需要对其中的不确定因素进行分析，尽可能的遏制其给电网运行带来的负面影响，以此来发挥其整体功效和作用。本文论述了大规模光伏发电系统的建模，分析了大规模光伏发电对电力系统的影响。
关键词：大规模；光伏发电；电力系统；影响
在时代发展的新形式下， 人类面临着化石能源枯竭的现象，同时人类的生产生活活动也造成了环境的日趋恶化，在这样的情况下，对可再生能源的需求较大，其中，光伏发电作为一种新型的能源获取方式，逐渐引起了人们的重视，大规模光伏发电系统的应用，给人们的生活带来了极大的便利，提高了相应的经济效益，同时对电力系统造成了较为深远的影响。
一、光伏发电并网系统的概述
光伏发电是以半导体界面为载体， 利用光生伏特效应从而形成的光能源转化成电能源的一项技术， 其主要原理就是利用半导体为媒介的光电效应， 当光子照射到金属上时会发生能源聚集效应，从而使能源转换成电力形式被释放出来。要想使得光伏发电应用到整体的电力系统中， 需要首先了解光伏发电并网系统。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。
二、大规模光伏发电系统的建模
1、光伏电池和其阵列模型。这样的模型建立基于单二极管模型， 其中是根据基尔霍夫原理来建立相应的光伏等效电路，同时对其中的理论计算公式进行简化，并且利用不同的光伏发电系统中的短路电流、开路电流、最大功率点电流和最大功率点电压等技术参数，来得出合适的模型表达式，以此来应用到相应的工程计算当中，一般情况下，其中的光伏阵列模型需要根据光伏电池模型和串并联关系组合得出， 但是其中需要注意的问题是光伏阵列的光伏组件差异和遮挡等情况，会对P-V 特性的多峰值和光伏阵列逆变器模型的建立造成一定的影响。
2、并网换流器及内环控制模型。换流器对光伏发电系统单元的暂态并网特性有着直接的影响， 目前比较常用的换流器控制方式主要是内外环结构的双环控制方式，一般情况下，换流器的外环控制主要是以电压输入为主， 并且经过控制环节生成内环控制的电流参考值，来对换流器的并网方式和外特性进行确定；在换流器的内环控制当中，主要以电流的出入为主，同时以外环控制生成的电流参考值作为基准，在控制环节当中，通过相应的换流器，来实现电流进入公共电网。
3、光伏发电的动态模型。在对光伏发电系统的动态模型进行建立的过程中， 需要利用发电系统中各个组成部分的状态方程，来建立相应的方程组，并且将逆变器和MPPT 的控制转化为相应的状态方程，这样两种状态方程相互结合，可以形成一个全新的方程组， 以此来建立相应的光伏发电系统的动态模型。
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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三、大规模光伏发电对电力系统的影响
1、对有功频率的影响。当大规模光伏出现在电网系统中，会改变系统的运行状态，进而影响输电质量。光伏波动会使有功频率超出额定范围，增加运行风险，进而影响系统的优化功能，使得多种电源的跳频参数发生改变。此外，由于光伏电源是静态的元件，需要转换为常用的电源，系统的旋转动惯量就会下降，使系统无法解决功率缺额及波动等问题，发生功率变化，造成系统运行问题。
2、配电系统保护的影响。当配电网中出现大规模的光伏电源时，继电保护设备会受到影响: ①多电源结构会影响故障电流，导致电压不稳定。②配电系统连接着变压器，当发生逆变器接地回路后，电流和电压产生不稳定问题，影响继电保护装置的自动断电功能。③由于光伏发电系统是由多条低压电线共同接入主干线进行发电，当一些高密度光伏发电系统的连接馈线发生短路时，会影响两个相邻熔断器的配合效果，严重时，会产生某些线路的电压负荷超过断路器的遮断容量，进而影响配电系统安全运行。通过在敏感的并网光伏变换器中，添加一定的保护，会降低电压，导致输出电压分量超标、谐波超标等问题。由于PV 系统的保护功能无法配合自动合闸作用，为防止产生非同期合闸问题，通过逆接逆变器系统的线路，将反孤岛的最大自动保护时间设定在三相一次重合闸重新工作的时间内，可以解决故障。
3 、电能质量的影响。大规模光伏接入，使得电子系统中的非线性负载显著增加，污染系统，影响了电能质量。在阳光变化明显、输出功率低的条件下，容易产生很大的谐波，发生电流谐波叠加的情况。现如今，很多光伏电站的运行经验都提出了: 多台并网逆变器的电流谐波有可能超出标准。针对这一问题，可以对电流谐波问题进行建模，得出在电网并联系统中，光伏电站逆变器的阻抗耦合是影响电流谐波超标的关键。在长距离光伏电网中，谐波不稳会导致电压波动。为了进一步控制大量光伏对谐波的影响，可以在系统中，增设一些补偿设备或是滤波器，能够起到很好的效果，比如可以在电网中增加谐波补偿器、有源或无源固定频次滤波器等。
4 、功角稳定性的影响。由于光伏电源是一种静态元件，不具备功角振荡，但由于随机波动的特点，导致大规模接入电力系统中，能够影响电流固定的传送速度及和潮流，直接影响了系统的波动性及转性，使得电网中的等效惯量变小，导致攻角的稳定性发生变化。此外，在电网中接入大规模光伏发电会导致脱网，尤其在电网集成化与规模化发展趋势下，脱网会产生非常危险的电力运行危险，进而影响了电网运行的平稳性及供电安全性。
5 、电压稳定性的影响。大规模光伏发电接入电网时，会造成电压不稳，原因有两个: ①电网由有功变化为无功、由有负荷变为无负荷。②大规模光伏进入电网后，容易使得电网的输出功率发生改变。为了确保大规模光伏发电进入电网，仍旧能够稳定电压，需要保证光伏发电和电网的负荷相吻合，如果二者相匹配，说明光伏发电的电压能够满足并网功率需求。同时，光伏发电并网时，电网需要处于负载状态，才能够保证电网电压稳定。如果电压输出功率和电网负荷不相同，会严重影响电网的电压。
结论：
总之，大规模的光伏发电解决了我国电能供应的紧张状况，同时还实现了生态环境的保护和可持续发展的战略要求。为了实现大规模的光伏发电，突出光伏发电的优势地位，就要对光伏发电的机组进行详细的分析。对接入电网前、接入电网时、接入电网后的各个阶段的具体情况进行分析。更好地实现光伏发电的功能，提高可再生资源的利用率。加大对光伏发电的项目研究力度，早日形成科学有效的光伏发电系统，以达到满足各行各业对电力需求的工作目标。
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论文作者:于吉庆1,王坤2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/25
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 电压论文; 电流论文; 谐波论文; 电力系统论文; 《电力设备》2018年第6期论文;