摘要：光伏发电是当前一项重要的新型清洁能源，给社会生产生活带来了诸多便利，在一定程度上解决了电力供应紧张的问题，是电力行业发展的新方向。但同时也有意识到盲目进行广泛发电会对电网系统产生影响，这是必须重视和解决的问题。本文从光伏发电的特性出发，系统分析其对电网系统的影响。
关键词：光伏发电；电网系统；影响
近年来，我国积极推进光伏发电建设，取得了良好成效，在整个电力系统的装机容量占比日益增大，有效缓解了电力需求紧张形势[1]。但随着光伏发电规模的扩大，对电力系统的规划、仿真、调控等产生很大影响，日益引起社会业界关注。
1.光伏发电的基本特性
所谓光伏发电就是通过半导体界面光生伏特效应把太阳能转变成电能的技术，主要由太阳电池板、控制装置及逆变器构成。与传统水力、风力、火力等放电相比，其具有这几个特征：
（1）随机波动性。环境温度、日光强度及天气条件会给光伏发电系统产生极大影响，进而造成系统出现随机波动性，这是最为突出的特性。调查表明，随着光照、温度等客观条件的改变，光伏发电系统所输出的有功功率曲线会表现出随机波动。
（2）电压源电流控制。当前，光伏并网逆变器的控制形式主要是电压源电流控制，也就是输入、输出侧分别是电压源、电流源，在对输出电流予以控制及对并网点电压有效跟踪，以实现并网。输出近乎是纯有功功率。另外，光伏发电的谐波也是由逆变器所产生。
（3）抗孤岛检测难度大。因既有的光伏发电容量相交负载比较小，在市电消失之后的电压、频率会在迅速衰减，抗孤岛设备能及时准确地检出[2]。但伴随光伏发电容量的增大，光伏发电系统中会存在多种并网逆变器接入到相同并网点，进而会相互影响，并且会在发电功率和负载平衡状态下，抗孤岛检测用时会增加，难度增大，甚至不能准确检出。
2.光伏发电对电网系统的影响
2.1影响有功频率
前文对光伏发电的特征进行了分析，基于这些特征，在光伏发电规模日益扩大后使整个后系统稳（暂）态发生改变，从而对整个系统运行产生影响。光伏发电相对反复的随机波动性会对系统的有功平衡带来不利影响冲击，如此会对系统调频、有功调度等产生很大影响，也就是使频率质量的相关风险增大；此外，系统预备用的策略可能会因光伏发电的并入出现变化，对于常规发电机组等电源的有功频率控制及调频参数确定等也有一定的适应性需求；与此同时，因光伏电源属于非旋转式静止元件，伴随并入光伏规模的增大及对常规电源的代替，使得系统等效运行惯量下降，以致于系统应对功率波动的影响性能减弱，在极端情况下可能会造成有功频率剧烈波动，进而引起多种运行问题。
2.2影响功角稳定性
光伏电源属于静止性器件，其不会参与到功角振荡中，因而不会出现功角稳定的问题，但是因其随机波动性，光伏发电在规模扩大并入后会对电网既有的潮流分布、传输功率造成影响，使得整个系统的等效惯量降低；并且在故障穿越阶段的光伏有着和常规发电机组有所差异的动态支撑性，所以，在光伏发电并入后会导致电网功角稳定性出现显著变化，而这主要受电网的拓扑结构、运行方式及所用的光伏电源控制、规模等因素决定。光伏发电的并入会改善，也有可能会减小电网功角稳定性，这需要通过仿真研究来判定。光伏发电在并网后，可能会因为故障穿越性能弱而引起脱网，特别是集中化、规模化建设后，脱网会直接加剧电网系统的稳定性影响，所以，必须结合实际，对光伏并入的脱网发生风险进行有效评估。实践表明，采取切除光伏电源及其电站配置动态的无功补偿，有助于提高系统安全性。
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2.3影响电能质量
伴随光伏发电规模扩大及并入，大量适用的电力电子器件使诸多非线性负载也并入到电网中，这对整个电力网络会带来一定污染，进而影响到电能质量。比如：逆变器开启速度减缓，会造成输出失真，而出现谐波；在日光变化大、输出功率低等情况下，会出现较大的谐波；同时还会发生光伏集中并入时电流谐波叠加的情况[3]。从既有的中大型光伏发电并网情况看，即便单台逆变器输出电流谐波不大，但多台并联之后所输出的电流谐波也可能会超出标准。基于此情况，有学者指出自并网逆变器并联电网的数字控制层面，对多台逆变器组合谐波及系统稳定性开展建模研究；重视对规模较大的光伏电站逆变器并联电网中出现的电网阻抗耦合效应进行剖析，此耦合效应使并网逆变器的控制回路带宽、稳定裕度得以降低，以致于并网电流的谐波含量超出标准。
2.4影响配电系统保护
从实际情况看，光伏发电在并入配电系统后会导致配网故障特性出现改变，主要对继电保护及自动系统产生这些影响：（1）网架结构从以往的单电源辐射状转变成双或多电源复杂的拓扑结构，进而使得故障的电流向、大小及持续时间等发生改变，既有的馈线保护均有影响，进而使保护装置误动或拒动等；（2）依照变压器的连接方式差异，和变压器连接的逆变器会形成一个额外接地回路，这对零序电流产生不良影响或出现单相接地时增大未出现短路相的对地电压，使得继电保护动作特征出现变化；（3）对扰动相对敏感的并入电网的光伏变换器增加一定的保护内容，比如：低电压穿越、输出谐波超标、输出直流分量超标等；（4）在PV系统作出反孤岛保护动作在时间上不能和自动重合闸充分协调，进而导致非同期合闸。（5）给配电系统的线路三相一次重合闸和变电站备用电源自投装置带来较大影响。为避免出现非同期合闸，对接有通过逆变器并网线路，三相一次重合闸起动时间或备用电源自投断路装置的动作时间都必须要大于逆变器反孤岛保护最大动作时间[4]。
此外，分布式、大规模的光伏发电网络通常是经单条或多条低压配电线路并入同个母线实现并网的。但因相同区域内的光伏发电功率会受到日光强弱影响，大规模光伏发电并网，会造成配电网局部潮流的波动幅度及电压波动值域增大。有报道称[5]，如果某些和大规模光伏发电相同母线的供电负荷相对于较小的馈电线路出现短路时，有可能会引起接在馈电线路的上、下级熔断器不能得到有效配合，而丧失选择性，甚至会导致流过某些负荷支路上短路功率超出断路器的遮断容量，引发安全事故。
2.5影响无功电压特性
大量光伏发电并入电网，在负荷水平较低地区，其电网短路容量较小，这就使得大量电力需经高压输电网较长距离输送，随机波动有功穿越近区电网和长输通道，会对电网无功平衡性造成影响，从而导致沿途母线电压较大幅度的波动。与此同时，当前实际光伏在时机并入电网运行的电源无功电压支撑力相对较弱，使得出现电压质量越限，乃至电压失稳的可能性增大；对大规模的光伏分散并入配电网来说，光伏发电的并入改变既有电网的辐射状网络结构，以往单电源的结构转变成双或多电源，使得电网的潮流分布方向、大小等更为复杂，潮流控制难度增大，进而对配电网的电压产生不良影响。
3.结语
光伏发电是现代一项重要的新能源，有着广阔的发展空间。虽然政策上国家鼓励并支持开发光伏发电，但基于其特性，在规模化、集中化发展中会对整个电网系统产生多种影响；包括对电压、电流、电能质量、配电系统保护、电网功角稳定性等。为避免和减小这类影响，应积极推进光伏发电和输电技术的研究，提升光伏发电的技术水平。
参考文献：
[1]贠剑，常喜强，魏伟，等.大规模光伏发电对新疆电网继电保护影响的研究[J].电气技术，2015，（10）：27-33.
[2]阳水财.浅析大规模光伏发电对电力系统的影响[J].科技与创新，2015，（14）：83+88.
[3]刘洁，袁松振，杨海柱.分布式光伏发电系统对电网的影响与对策[J].通信电源技术，2013，（02）：41-43+78.
[4]中国电力科学研究院等．光伏发电站接入电力系统技术规定（GB/T 19964-2012）[S]．北京：中国标准出版社，2013．
[5]张引.光伏并网发电对电网运行的影响[J].中国电力企业管理，2011，（22）：106-107.
论文作者:姚木德
论文发表刊物:《基层建设》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/9
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 逆变器论文; 电压论文; 谐波论文; 电源论文; 《基层建设》2017年第19期论文;