摘 要：文章介紹了太陽能發(fā)電的兩種方式和堅強智能電網(wǎng)，論述了分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)與集中式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)及應用，從電能質量、孤島效應、低電壓穿越、電能計量方式等方面探討了光伏發(fā)電在并網(wǎng)時對電網(wǎng)造成的影響，提出了相應的建議。

關鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng)；堅強智能電網(wǎng)；光伏并網(wǎng)

1 概述

近年來，全球資源正在以驚人的速度被消耗，而環(huán)境污染也越來越嚴重，如何保證高質量的和穩(wěn)定的電能輸送給用戶，這對電力行業(yè)來說既是機遇也是挑戰(zhàn)。中國的能源分布是不均勻的，電力需求旺盛的是中東部地區(qū)，但能源資源主要分布在西部、西南和北部，能源資源與需求很難實現(xiàn)優(yōu)勢互補，所以發(fā)展清潔能源是減少資源消耗和保護環(huán)境的最佳選擇，風能、海洋能、生物質能、太陽能、地熱能等都屬于清潔能源，太陽能是應用最廣泛的清潔能源[1]，據(jù)統(tǒng)計，我國陸地表面每年有大概14700萬億千瓦時的能量來自太陽輻射，與4.9 萬億頓煤燃燒時放出的熱量相同，大概有上萬個三峽電站發(fā)出的電量。

2 光伏發(fā)電與堅強智能電網(wǎng)

太陽能發(fā)電有兩種方式：太陽能熱發(fā)電和光伏發(fā)電。太陽能熱發(fā)電效率低，主要利用的是太陽能產(chǎn)生的熱量，而光伏發(fā)電的原理是一種基于物體在光照下產(chǎn)生電動勢的半導體光生伏特效應，是一種將光能直接轉換成電能的技術。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常由太陽電池組件、控制器、逆變器等構成。在中國光伏發(fā)電技術相對成熟，適合廣泛推廣和使用。太陽能熱發(fā)電現(xiàn)在仍然主要是在研究和示范階段，需要相對高的成本，規(guī)模的使用仍然需要時間，所以光伏發(fā)電占重要地位。

我國對堅強智能電網(wǎng)的定義是：特高壓電網(wǎng)作為主干網(wǎng)架，在通信信息平臺上，各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個環(huán)節(jié)都具備信息技術、自動化和交互功能，包含所有電壓等級，成為“電力流、信息流、業(yè)務流”相融合的現(xiàn)代電網(wǎng)[2]。每個國家對智能電網(wǎng)的定義是不同的，但對智能電網(wǎng)的基本要求是一致的，也就是說，電網(wǎng)應該更強大、更智能。

智能電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的較大區(qū)別是智能電網(wǎng)支持分布式電源的大量接入，能夠實現(xiàn)各項功能的有機融合與科學配置，光伏電站屬于分布式電源，太陽電池組件發(fā)出的是直流電，通過逆變器可以轉換為符合要求的交流電，此交流電條件滿足時可以直接或升壓后接入智能電網(wǎng)，在夜晚陽光不充足或用電低谷時，負載由電網(wǎng)供電，當陽光充足或用電高峰時，光伏發(fā)電可以向電網(wǎng)輸送電能，達到光伏發(fā)電“即發(fā)即用”的智能控制，實現(xiàn)光伏發(fā)電的用戶與智能電網(wǎng)的雙向連接，對電網(wǎng)起到削峰填谷的作用，最終實現(xiàn)對電能的有效管理。智能電網(wǎng)是世界能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展和變化的最新趨勢，是未來電網(wǎng)的發(fā)展的目標。

3 光伏并網(wǎng)的兩種形式

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只要逆變器輸出的正弦電流的頻率與智能電網(wǎng)電壓的頻率相同、正弦電流的相位與智能電網(wǎng)電壓的的相位相同就可以實現(xiàn)并網(wǎng)，有兩種主要類型的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)，分別是分布式并網(wǎng)和集中式并網(wǎng)。

分布式并網(wǎng)主要是接入低壓配電網(wǎng)，解決的是居民用電問題，通過配電網(wǎng)來調(diào)整多余或不足的電能，光伏電站等清潔能源可以與常規(guī)能源或其他清潔能源一起接入智能電網(wǎng)，作為微網(wǎng)和智能電網(wǎng)的有效接口，特殊情況時也可以脫離電網(wǎng)獨立運行，比較適用于用戶、城區(qū)等小規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)[3]。20世紀90年代以來，美國前后制定了很多支持光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的政策，隨著科研的投入，并且預計在4年后，光伏發(fā)電的安裝容量會有36GW，每年會連續(xù)持續(xù)增長。在日本，到2004年底，安裝太陽能屋已達到20萬戶住宅，在2004年一年就有5萬多套用戶都安裝了光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。

集中式光伏并網(wǎng)應用在太陽能資源豐富的荒漠地區(qū)，電能直接接入中壓或高壓大電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)，向遠距離負荷進行供電，二次設備的投入會相對比較大，無功功率和電壓控制可以很容易地進行，更容易實現(xiàn)電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)，但是，在并網(wǎng)時需要依賴長距離輸送線路，對電網(wǎng)來說會成為一個比較大的干擾源，同時還存在無功補償、線路損耗等問題，在大容量的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，多臺變換裝置的協(xié)同工作也需要統(tǒng)一管理，還需要有待進一步研究。到2005為止，德國Espenhain的太陽能電站是世界上裝機容量最大的光伏發(fā)電站，里邊有3萬多個太陽能電池組件，于2004年9月開始正式運行。

在智能電網(wǎng)規(guī)?？焖侔l(fā)展的同時，美國、日本、歐洲等國家非常重視光伏發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)的研發(fā)和創(chuàng)新，近年來，我國在大規(guī)模清潔能源并網(wǎng)方面也加大了投入，傳統(tǒng)電網(wǎng)會向著光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的形式轉變，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)會促進電網(wǎng)向更強大、更智能的方向發(fā)展。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響

光伏發(fā)電作為清潔能源，與傳統(tǒng)的水力發(fā)電、火力發(fā)電相比在很多方面都有所不同，在并網(wǎng)時對電力系統(tǒng)會有一定的影響。

4.1 電能質量

電能存在著嚴格的質量標準，如果電能質量不達標，將會給國民經(jīng)濟和人們的日常生活帶來損失。光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模和數(shù)量有所不同，并且隨著溫度、日照、季節(jié)的不同具有波動性、間歇性等特點，并網(wǎng)后，對原系統(tǒng)中的電源結構進行了擴充，對電網(wǎng)會造成安全性和穩(wěn)定性的影響，電網(wǎng)系統(tǒng)中的電能質量就不能得到保障，因此要進行協(xié)調(diào)配合。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中比較重要的元件是逆變器，但在使用時會產(chǎn)生諧波，對電網(wǎng)會造成諧波污染，在逆變器輕載輸出時諧波會更大，光伏發(fā)電并入智能電網(wǎng)中的諧波源個數(shù)較多，高次諧波的功率諧振有可能發(fā)生，所以要降低諧波源的數(shù)量。文獻[4]提出了一種諧波抑制控制器，可以實現(xiàn)無諧波的檢測，可以利用此控制器進行諧波閉環(huán)，有效抑制了指定次數(shù)的諧波，并可應用于實際中。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中會存在隨機波動，則提供的有功部分會對系統(tǒng)的無功平衡產(chǎn)生影響，會影響電網(wǎng)的整體平衡性[5]，會降低電網(wǎng)系統(tǒng)中的電壓質量，需要光伏發(fā)電系統(tǒng)與無功補償裝置配合使用。

4.2 孤島效應

孤島效應是指當系統(tǒng)因為設備停電檢修或發(fā)生故障而供電停止時，光伏發(fā)電裝置卻一直向公共電網(wǎng)饋送電量，此時對電網(wǎng)負載和用戶或線路維修人員都會造成危害。

為了保證用電安全和用戶能夠獲得比較高的電能質量，應該盡量避免孤島效應，可以安裝孤島檢測與控制裝置，在檢測孤島狀態(tài)時采用的被動檢測方法有：電壓和頻率檢測法、電壓諧波檢測法等，常用的主動檢測方法有頻率偏移檢測法、滑模頻漂檢測法等，在電能質量不滿足要求或電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，應斷開相應的斷路器并啟動保護裝置。

4.3 低電壓穿越

對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，在并網(wǎng)時應具有低電壓穿越能力，當電力系統(tǒng)故障或光伏電站電網(wǎng)電壓驟降時，在一定時間間隔內(nèi)，電壓跌落在允許的范圍時，光伏發(fā)電站能夠在不脫網(wǎng)的情況下連續(xù)運行?！豆夥娬窘尤腚娋W(wǎng)技術規(guī)定》中對低電壓穿越有明確規(guī)定，當遇到電力系統(tǒng)運行不正常時，智能電網(wǎng)可以把系統(tǒng)中低電壓穿越能力的規(guī)定作為電壓是否滿足電能質量的參考。

4.4 電能計量

用戶在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中只是耗電者，采用單向電能計量表進行計量電能來計算電價，對于光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)的用戶可以采用雙向電能計量表，或者安裝兩個不同方向的電能計量表來計算電價，這樣用戶支付的電費才會比較合理，可以提升電網(wǎng)與用戶雙向互動能力和用電增值服務水平。

5 結束語

隨著社會的發(fā)展，全球資源和環(huán)境問題日益突出，光伏發(fā)電可以節(jié)省常規(guī)能源消耗，減少污染物的排放，有利于環(huán)境保護，加強智能電網(wǎng)建設，以適應不同類型清潔能源的發(fā)展，促進清潔能源開發(fā)和利用，光伏發(fā)電并入智能電網(wǎng)，在對電網(wǎng)起到削峰填谷作用的同時，還可以提高電能質量和穩(wěn)定性，智能電網(wǎng)是將來國內(nèi)外電力發(fā)展的必然選擇。

參考文獻

[1]吳旭鵬，解大，戴敏，等.上海居民光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的相關問題分析[J].電力與能源，2014，35（4）：517-520.

[2]劉振亞.智能電網(wǎng)知識讀本[M].北京：中國電力出版社，2011：24.

[3]賀鐵光，李明，等.小型新能源混合電源并網(wǎng)方案的設計與應用[J].智能電網(wǎng)，2016（1）：21-23.

[4]朱淇涼.光伏并網(wǎng)逆變器諧波抑制技術研究[D].長沙：中南大學，2013.

[5]張央.大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響分析[J].低碳技術，2016，8：60-61.

*作者簡介：楊娜（1985-），女，碩士，講師，研究方向：工業(yè)過程控制、電氣自動化。

傅沈文（1967-），女，副教授，研究方向：工業(yè)控制。

方弄玉（1983-），女，講師，研究方向：電氣自動化。