國網(wǎng)宿州供電公司 朱曉露 曹飛翔 趙 琛

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響及相關(guān)需求分析

國網(wǎng)宿州供電公司 朱曉露 曹飛翔 趙 琛

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)速度的加快,人民群眾對于電力的需求越來越高.筆者深入研究了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)所造成的影響,并且仔細地分析了電網(wǎng)運行的安全程度和配電網(wǎng)以及電網(wǎng)調(diào)度運行等環(huán)節(jié)造成的影響,而且詳盡地描述了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入之后的電網(wǎng)想要平穩(wěn)可靠地運轉(zhuǎn)需要滿足的要求,希望能夠為相關(guān)工作人員提供參考.

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);電網(wǎng);配電網(wǎng);電網(wǎng)調(diào)度

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響

1.1 影響電壓質(zhì)量及其控制

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠直接地影響著高壓輸電網(wǎng)以及配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量及其控制,日光照射能夠在很大程度上左右著光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功能,如圖1所示,環(huán)境溫度、太陽能光照強度對光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響十分強烈.此外,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量沒有固定的規(guī)律,如果想要調(diào)節(jié)電壓憑借投切電容電抗器的話,就必須在配電網(wǎng)中來進行.目前來看,其動態(tài)無功調(diào)節(jié)設(shè)備還不是具備的非常充分.如果電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量里的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例非常大,那么就會使得電網(wǎng)正常工作時更加不容易調(diào)節(jié)電壓,如果電壓調(diào)節(jié)失當(dāng)就會出現(xiàn)問題.另外,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對系統(tǒng)電壓的作用效果的關(guān)鍵在于安裝位置、容量大小等.

圖1 某光伏發(fā)電輸出有功功率曲線

1.2 諧波污染

諧波出現(xiàn)的時間一般是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的直流電通過逆變轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)的時候,諧波污染也就會同時出現(xiàn)在交流電網(wǎng)中.

如果濾波器的具有優(yōu)秀的設(shè)計水平,那么即使電網(wǎng)內(nèi)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并沒有太大的規(guī)模,當(dāng)由直流電轉(zhuǎn)換為交流電時所造成的高次諧波對交流電網(wǎng)進行的諧波污染通常也都可以把控在能夠讓人接受的范圍內(nèi).不過,在將來光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用方向越來越廣,再加上發(fā)電容量占電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量的比例越來越高的時候,關(guān)于諧波方面的管理應(yīng)該受到一定的重視.一旦管理出現(xiàn)問題,許多諧波源的能量就會進行疊加,容易出現(xiàn)讓電能難以承受的諧波含量.除此之外,若是系統(tǒng)里具有的諧波源非常多,其可以從系統(tǒng)中對高次諧波的功率諧振進行很好的激發(fā).

1.3 用戶用電質(zhì)量中的孤島效應(yīng)的影響

如果供電在電力公司中遇到了狀況,各用戶端的太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)非常容易與四周的負載,一個令電力公司難以控制的自給供電孤島也就形成了,也就是孤島效應(yīng).隨著光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逐漸增多,孤島效應(yīng)也變得越來越常見.通常來講,孤島效應(yīng)會導(dǎo)致下面幾種情況的出現(xiàn):(1)供電得到重新回復(fù)的時候,電網(wǎng)用戶會因為相位不同步而受到?jīng)_擊.(2)電力孤島區(qū)域不具備可靠穩(wěn)定的供電電壓和頻率.(3)將太陽能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣聧u方式運轉(zhuǎn)的時候,若是儲能元件不存在于供電系統(tǒng)中亦或其容量太小,也會使得用戶負荷出現(xiàn)電壓閃變的情況.(4)原來的配電網(wǎng)被與太陽能供電系統(tǒng)脫離之后,其原來的單相供電方式也許會導(dǎo)致其它配電網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生三相負載不對稱的現(xiàn)象,這都會對其它用戶的電壓質(zhì)量造成嚴重的損害.

2 在電網(wǎng)安全運行中光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的作用

2.1 對電網(wǎng)電壓及其穩(wěn)定性的作用

在電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量中的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例慢慢增加之后,不僅能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)里面的電壓把控造成阻礙,也許還會阻礙到高壓電網(wǎng)的電壓特性.嚴重的,則會使得電壓穩(wěn)定性出現(xiàn)狀況.比如,某大區(qū)電網(wǎng)的重負荷區(qū)內(nèi)設(shè)置了相當(dāng)多的光伏發(fā)電系統(tǒng),因為這部分區(qū)域的日照特性沒什么差別.如果此地區(qū)的日照產(chǎn)生較大的變化,因為太陽能功率大幅度地降低,就會使得此地區(qū)產(chǎn)生相當(dāng)多的功率缺額.如果缺額巨大,就能夠?qū)Υ藚^(qū)域的總體電壓質(zhì)量甚至電壓穩(wěn)定性造成不好的影響.

從這一點來說,就算以后要加大力度推廣光伏發(fā)電,在負荷中心處,也應(yīng)該對此類發(fā)電系統(tǒng)占據(jù)的比例實行恰當(dāng)?shù)陌芽?

2.2 對電網(wǎng)頻率的作用

在電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量里的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量比例慢慢增加之后,因為其發(fā)電存在一定程度的隨機性,所以也許會使得電網(wǎng)內(nèi)的頻率經(jīng)常產(chǎn)生波動,若是系統(tǒng)內(nèi)的一次調(diào)頻機組大量使用火電機組,就可能直接決定著汽輪機葉片的應(yīng)用年限.不僅如此,為了將來可以有效地接受光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的大容量的電能,電網(wǎng)內(nèi)一定道具有充足的調(diào)峰電源,而且人們也應(yīng)該重新思考傳統(tǒng)的電網(wǎng)配置是否可行.

2.3 孤島系統(tǒng)內(nèi)的電壓以及頻率的穩(wěn)定性

絕對忽視一個問題,那就是如果孤島效應(yīng)出現(xiàn)在了系統(tǒng)中,而且此孤島并沒有準備蓄電池,如何才能讓此孤島系統(tǒng)內(nèi)用戶的頻率以及供電電壓足夠的安全與穩(wěn)定,這就成為了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)該著重思考的一個問題.

3 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)的作用

3.1 繼電保護

配電系統(tǒng)屬于電能傳輸鏈的最后位置,所以其電壓等級總的來講相對較低.在光伏發(fā)電系統(tǒng)投入實際應(yīng)用之前,如果不算上局部區(qū)域具有的一部分零散的小煤電、小水電,電源通常不存在于配電系統(tǒng)中.換句話說,現(xiàn)在常見的配電網(wǎng)絡(luò)一般都是放射型的,潮流的流動不是很多樣化,轉(zhuǎn)移電流的情況不常見.

如今正在大范圍的應(yīng)用許多先進的發(fā)電系統(tǒng),雙向流動的情況經(jīng)常存在于配電系統(tǒng)中線路上的潮流中.之所以出現(xiàn)這種狀況,是因為系統(tǒng)不可能因為新添加的發(fā)電系統(tǒng),而將現(xiàn)有的繼電保護體系進行大幅度的改變.如果光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與原來的繼電保護沒有辦法進行有效的調(diào)節(jié)并互相配合,亦或是別的并聯(lián)分支元件出現(xiàn)狀況,那么就會導(dǎo)致安裝有光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分支上的繼電器誤動.不僅如此,在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的功率連入電網(wǎng)的時候,一般來說,會使得之前的繼電器保護區(qū)減少,這也許會導(dǎo)致繼電保護裝置運轉(zhuǎn)的不順利.

3.2 供電可靠性

在一定的情況下,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)還能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)特別是位于網(wǎng)絡(luò)最末端的配電系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)可靠性造成不好的影響.比如,當(dāng)它所在的交流系統(tǒng)無法供電,又趕上日光照射強度減弱的時候,那么光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)也沒有辦法進行補救.如果將這一點考慮進去,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)也許未必可以讓配電系統(tǒng)的供電更加安全可靠.除此之外,配電網(wǎng)的可靠性也會因為不合理的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)安裝地點、與電網(wǎng)的相連的方式和配置容量而降低.比如,如果它沒有與配電網(wǎng)本來的繼電保護進行良好的配合,那么也許會導(dǎo)致繼電保護出現(xiàn)失誤動作,讓電網(wǎng)運行的可靠性下降到難以令人滿意的程度.

3.3 實時監(jiān)管、把控和調(diào)整配電系統(tǒng)

本來的配電網(wǎng)通常是一個無源的放射形電網(wǎng),與高電壓等級電網(wǎng)比較而言,它的開關(guān)操作、信息采集、能源調(diào)度等還是比較便捷的,配電系統(tǒng)的實時監(jiān)管、把控和調(diào)整一般是讓供電部門進行統(tǒng)一的執(zhí)行.而當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)連接之后,就會讓此過程更加繁復(fù).應(yīng)該增補什么信息,這部分增補的信息屬于控制信息還是監(jiān)視信息,由什么人來執(zhí)行等,都應(yīng)該按照光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)規(guī)范進行新的審查.

4 電網(wǎng)調(diào)度運行受到光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的作用

4.1 斷面交換功率的控制更加困難

光照強度等環(huán)境氣候能夠直接地影響著光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng),使得其向交流電網(wǎng)傳遞的功率一直在不停地變化.若是某一輸電斷面的某側(cè)電網(wǎng)內(nèi)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的容量比較大,可能就會使得此輸電斷面的功率產(chǎn)生波動,這會影響到斷面兩側(cè)系統(tǒng)間交換功率的穩(wěn)定把控.

4.2 短期負荷預(yù)測難度增加

電網(wǎng)發(fā)電計劃在之前的發(fā)展,特別是日發(fā)電計劃,對負荷的精準預(yù)測是其主要依靠的方式.通常情況下,當(dāng)?shù)氐囊徊糠重摵煽梢员还夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能就地平衡掉.氣候在很大程度上決定了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量,這就導(dǎo)致電網(wǎng)的總體負荷總量存在難以預(yù)料到的變化,進而讓電網(wǎng)的發(fā)電計劃,特別是日發(fā)電計劃的確定遇到了相當(dāng)大的困難.

5 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入后的電網(wǎng)平穩(wěn)可靠運轉(zhuǎn)造成的研究需求

在電力系統(tǒng)中接入數(shù)量龐大的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)后,從影響電網(wǎng)的角度來看,其一般存在如下的研究需求:(1)系統(tǒng)電能質(zhì)量受到了影響.(2)對局部電網(wǎng)內(nèi)電壓以及頻率的穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響.想要保證電網(wǎng)安全運行,還需要從以下幾方面來進行研究:光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)檢測技術(shù);太陽能光電池的最大功率轉(zhuǎn)換追蹤控制技術(shù);光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)重新回復(fù)供電時的相位同步技術(shù).另外,科學(xué)合理地對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的相關(guān)科研手段進行探索的手段也包括下面幾點:分析光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)各個組件和它對應(yīng)保護控制的數(shù)學(xué)建模方式,構(gòu)建恰當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)動態(tài)以及靜態(tài)研究的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型,而且落實在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真軟件中;在鉆研電磁暫態(tài)時,適當(dāng)?shù)靥暨x待研究系統(tǒng)規(guī)模、實行系統(tǒng)化簡或等值,這其中就包含配電網(wǎng)以及外部網(wǎng)絡(luò)的化簡或等值;在涵蓋大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)中,鉆研如何通過晚上對光伏電站的監(jiān)管來優(yōu)化電網(wǎng)的運行的平穩(wěn)與可靠性;鉆研涵蓋小規(guī)模配電系統(tǒng)和大規(guī)模光伏電站的電力系統(tǒng)中,關(guān)于光伏電站的監(jiān)管和把控方面的科技.

6 結(jié)語

綜上所述,筆者在本文中主要就光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響以及其相關(guān)需求的分析進行了詳細的闡述,希望本文的論述能夠為同類研究提供一點兒意見上的參考,不足之處,還望同行能夠給予斧正.

[1]陳煒,艾欣,吳濤,等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響研究綜述[J].電力自動化設(shè)備,2013,03(10).

[2]劉建濤,張建成,馬杰.儲能技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].電網(wǎng)與清潔電能,2011,07(25).

[3]劉謀君.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2014(11):131.