摘要：随着我国经济的迅速发展，人们对电能的依赖程度日渐增加，这使得传统的电能供应不再能满足社会发展的需求，且不符合低碳环保的要求。基于此，电力行业开始借助光伏发电来弥补部分地区电能供应的不足，尽管光伏发电的应用解决了供电问题，提高了新能源的利用率，但大规模光伏发电的应用却对电力系统造成了巨大的影响。本文正是以此为研究内容，从光伏发电的基本概念出发，分析了大规模光伏发电对电力系统的影响，并对光伏发电的进一步研究提出了相应的建议，旨在为更好的应用光伏发电提供参考。
关键词：光伏发电；电力系统；影响
一、引言
电能的出现改变了人们的生活和生产方式，推动了社会的进步和发展，但随着社会的进步和发展，人们的电能需求日渐增加。对于一些地区而言，其电能供应经常会存在供不应求的现象，同时由于传统的发电有很大一部分比例是借助煤炭燃烧来实现的，基于此，人们为提高电能的供应量，提高可再生能源的利用率开始大规模地使用光伏发电。事实也表明，光伏发电的应用保障了电能的供应，在一定程度上避免了不可再生资源的浪费，同时还降低电能的使用成本。但光伏发电与传统的发电是有着巨大区别的，随着大规模光伏发电的应用电力系统受到了很多不良影响，因此，现阶段有必要对这些不良影响进行分析以保障光伏发电更好的应用。
二、光伏发电的基本概念
1.光伏电池的排列顺序
光伏发电是指将光伏发电板收集到的太阳能转换为电能储存在光伏电池或是传输到电网之中，光伏发电电池的排列较为简单，是复杂电池排列理论的数学公式化应用。通常来说，光伏电池的排列主要有串联排列和并联排列，通过串联排列提高光伏电池的电压值，而并联排列则是保障供电的稳定性。
2.动态模型建立
动态模型的建立需要三个步骤来实现，第一个步骤是借助方程组对光伏发电各子系统进行建模；第二个步骤是将对逆变器以及MPPT的控制用方程组表达出来；第三个步骤则是将前两个步骤建立的方程联立为方程组，使其动态模型的成为一整体。
三、大规模光伏发电对电力系统的影响
1.对有功频率特性的影响
就目前而言，光伏发电具有五大明显特征：一是光伏发电具有外出力的随机波动性；二是光伏发电中所应用的电源是静止元件，因此其需要借助换流器并入电网，没有转动惯量；三是在光伏发电的低电压穿越期间其有功或是无功动态特性均是不稳定的；四是光伏发电的并网需要考虑所用电子元器件的安全性问题，光伏发电电源的抗扰动以及抗负荷能力较差，因此容易出现脱网；五是光伏发电的并网还需借助逆变器，因此具有四象限控制和解祸控制的能力。通过对光伏发电的特征分析我们可以看出光伏发电与传统的发电是有着明显不同的，因此随着大规模光伏发电的并网，电力系统中的暂态及稳态特性都将受到影响，最终将影响到电力系统的运行及后续规划。
光伏发电大幅度的、频繁的、具有波动性的并网使得电力系统的有功平衡受到严重冲击，尤其是近年来光伏发电的大规模应用，其甚至是影响到了电力系统的一次调频、二次调频以及有功经济调度。同时，随着光伏发电的接入，原始的电力系统规划、优化策略受到了严重干扰，电力系统对常规机组的有功频率协调控制很难得到有效实现。此外，光伏电源是静止元件，其没有转动惯量，因此随着光伏发电的接入使得电力系统中常规电源的有效转动惯量降低，这不仅会影响到电力系统的功率波动，甚至还会引发有功频率的急剧变化，最终导致电力系统保护动作运行失常。
2.对无功电压特性的影响
通过来说，光伏发电在戈壁、荒漠等电能供应不充足但光照充足的地方具有更大规模的应用。这些地区的电网负荷水平通常较低，因此其短路容量也相对较小，但大规模的光伏发电可以产生大量的电能，需要借助高压线路进行远距离的传输，而光伏发电并网时的波动性极有可能影响到电网的无功平衡特性，甚至是导致沿途母线出现大规模的电压波动。不仅如此，就目前而言，光伏电源的无功电压支撑能力较弱，因此极有可能导致电压失稳现象的出现。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而且大规模光伏发电的并网是分散进行的，因此其会加大原始电网的辐射化程度，电网潮流的分布方向及大小将更为复杂多变和难以控制。
3.对功角稳定性的影响
就光伏电源而言，其本身是静止元件，没有转动惯量，因此自身是不参与功角振荡的，也就是说在光伏发电不并网时其不会存在功角稳定性问题。但随着大规模光伏发电的并网，原有电网的等效转动惯量将随之减小，而且在故障穿越期间光伏与其它机组具有不同的动态特性，这就使得电力系统的功角稳定性会受到影响。
通常来说，功角稳定性的变化主要受电网拓扑结构、光伏电源控制技术、电网运行方式以及光伏发电并网位置等四个因素的影响。光伏发电的接入并不一定会对电力系统的功角稳定性产生不利影响，具体影响还要结合具体场景进行分析。但由于随着大规模光伏发电的并网，出现脱网的概率也大为增加，一旦脱网将对电力系统造成极大的冲击，因此有必要在并网前对脱网风险进行评估。
4.对小扰动稳定性的影响
通常来说，光伏发电所采用的电源不会出现机械与电磁量不平衡的动力学稳定问题，但却会出现电气运行不稳定问题，而随着大规模光伏发电的接入，这种不稳定问题将逐渐凸显，最终严重影响电力系统的稳定性。通常来说，这种电气运行不稳定问题通常会出现在电力系统最大功率较高的位置，当电气运行不稳定问题出现后产生的不平衡功率仅能由光伏电站的直流侧电容吸收，而光伏电站的直流侧电容较小，因此其会导致光伏电站的直流侧电压迅速上升，使光伏电源的可靠性受到严重影响。
5.对电能质量的影响
随着光伏发电的大规模接入，大量的非线性负载开始接入电力系统支流之中，这给电力系统造成了严重的污染，电力系统中的电能质量也因此而降低。首先来说，大规模光伏发电的接入使得逆变器的开关速度明显降低，导致在逆变器应用的过程中出现大量谐波，尤其是在太阳光急剧变化如阴转晴时产生的谐波会更大。有关研究表明：单个逆变器产生的谐波较小，不足以影响电能质量，但多台逆变器的并联使用将使得谐波叠加，最终导致谐波超标而影响电能质量。同时，光伏发电并网时注入的是直流电压，且该电压的大小受天气等外界因素的影响，因此不够稳定，这也就导致电力系统中的电压会出现不稳定现象，最终导致电能质量的降低。
四、对光伏发电进一步研究的建议
通过上述分析我们可以总结出，大规模光伏发电的应用一定程度上解决了人们的供电问题，但同时却对电力系统造成了多方面的不利影响，基于此，笔者认为，光伏发电应对以下几个方向做进一步研究：一是加强电力系统安全防线对大规模光伏发电的适应性，并不断优化调整，使电力系统能够尽量避免光伏发电接入时产生的不良影响；二是加强分散化光伏发电并网对电力系统影响的机理研究，使电力系统能更好的合并光伏发电；三是加强光伏发电接入后的保护方案研究及光伏发电接入后电力系统的自我调度研究，使光伏发电能够真正无危害的使用。
五、结束语
随着人们用电需求的增加，光伏发电已经得到了广泛应用，光伏发电在目前的应用中还存在一定的问题，即光伏发电对电力系统的影响问题。本文对这些影响进行了全面分析，同时也希望有关人员能够加强对这些影响的研究，使光伏发电能够得到更好的应用。
参考文献：
[1]雷金勇,李战鹰,卢泽汉,等.分布式发电技术及其对电力系统影响研究综述[J].南方电网技术,2011,1(04):46-50.
[2]冯绍兴,高金峰,李肖.一种光伏发电并网对电力系统电压稳定的影响分析[J].电测与仪表,2015,7(0l):97-100.
[3]郑超,林俊杰,赵健,等.规模化光伏并网系统暂态功率特性及电压控制[J].中国电机工程学报,2015,7(05):1059-1071.
[4]负剑,常喜强,牛嘉鑫,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,2015,3(10):27-33.
[5]董开松,汪红燕,刘海燕,等.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,2014,8(03):57-59.
论文作者:刘巍
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/12
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