王皓
(江蘇 南京 210000)
我國電力能源組成以火力發(fā)電為主,然而化石燃料不僅對生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞,隨著其儲量的下降更會引發(fā)能一系列能源安全問題。因此,新型能源的大力開發(fā)與利用成為了一個必然選項。近年來我國光伏發(fā)電項目的規(guī)模越來越大,逐漸改變著電能供應結(jié)構(gòu),大批的燃煤電廠預建項目得以叫停,對我國中長期發(fā)展規(guī)劃具有重要意義。因此,保證電能供應安全穩(wěn)定,探究大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)特性的影響已經(jīng)成為一個研究熱點。
受太陽能供給穩(wěn)定性,天氣因素,光照角度等影響,光伏系統(tǒng)存在熱能供應波動隨機性較大,取能模塊為靜止安裝,無功低電壓穿越特性,供能系統(tǒng)抗擾動能力差,發(fā)電系統(tǒng)過負荷能力差等問題,這些特性使光伏發(fā)電在并入電網(wǎng)后極易引起系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)效應的改變,從而對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成不良影響[1]。光伏發(fā)電系統(tǒng)功率的隨機波動性會在一定程度上破壞電網(wǎng)系統(tǒng)平衡,增加了電力系統(tǒng)在電能調(diào)度和頻率協(xié)調(diào)上的困難。此外,光伏發(fā)電并網(wǎng)使電網(wǎng)系統(tǒng)形成了多電源的架構(gòu),使配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性,頻率穩(wěn)定性受到巨大沖擊,也讓電網(wǎng)潮流控制變的更加復雜。
目前我國光熱能充足的地方一般都處經(jīng)濟欠發(fā)達,能源需求量較低,電網(wǎng)容量較小的偏遠荒漠地區(qū),這種情況會使光伏電能在超遠距離輸出時發(fā)生一定困難,電網(wǎng)電壓極易受外部環(huán)境影響而波動,不利于電力穩(wěn)定輸送。此外,光伏發(fā)電受限于無功電壓補償不足的問題,使電壓頻率超限的概率大大增加。
電網(wǎng)系統(tǒng)的潮流分布與電力系統(tǒng)的等效慣量以及功率相角會由于光伏系統(tǒng)無轉(zhuǎn)動變量且隨機波動性較強等特性而受到影響。第一,受到異常穿越能力不足問題的影響,光伏系統(tǒng)容易出現(xiàn)拖網(wǎng)現(xiàn)象,從而破壞電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。第二,不同于傳統(tǒng)火電廠穩(wěn)定可調(diào)的熱能獲取方式,光伏發(fā)電缺乏穩(wěn)定的動態(tài)能源支撐,使其在接入電網(wǎng)后影響電能輸送的電壓穩(wěn)定性[2]。第三,與傳統(tǒng)發(fā)電機組的并網(wǎng)逆變器控制模式不同,也會使電力系統(tǒng)穩(wěn)定性發(fā)生震蕩。
光伏發(fā)電會引起電力系統(tǒng)電氣設備的失穩(wěn)。光伏電力系統(tǒng)在故障發(fā)生時,由于其直流電容儲量較小使得控制直流側(cè)電壓上升的效率較差,進而影響到電源的穩(wěn)定運行,由此看見,小的光照擾動也會使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定性受到影響。
光伏電源對配電系統(tǒng)存在很多影響。首先,光伏電源并入配電網(wǎng),改變了配電網(wǎng)的故障特征,原有的配電系統(tǒng)變成了多電源構(gòu)架,電流電壓的差異會使配電系統(tǒng)保護裝置在故障發(fā)生時出現(xiàn)動作異?,F(xiàn)象。其次,配電網(wǎng)繼電保護的布置會因光伏電力系統(tǒng)變壓器異于常規(guī)的連接方式發(fā)生改變。此外,光伏發(fā)電還會改變PV系統(tǒng)的反弧島保護時間,變電站的自投裝置。
大規(guī)模光伏大量的非線性負載容易引發(fā)電能的質(zhì)量問題。逆變器開關速度較快會使電力系統(tǒng)發(fā)生諧波疊加現(xiàn)象,加上直流電源的波動使得對故障位置的判斷出現(xiàn)失真,保護裝置發(fā)生異動,進而影響了電能的質(zhì)量。
第一,選擇通道沿線安裝高抗、無功補償SVC,串補等,使長通道外送光伏電源得到更好的管控。第二,利用特高壓直流輸電技術成本投入少、連接密集的直通性特點,為大規(guī)模光伏電站的建設創(chuàng)造了更多可行條件。第三,通過引進新型直流輸電技術(VSC-HVDC),借助一定規(guī)模的資源交互穩(wěn)定光能的功率間歇性,更為有效的構(gòu)建光伏電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。第三,在偏遠地區(qū)通過對半波長輸電與分頻輸電特征發(fā)展空間的分析,發(fā)展適合光伏電能超遠距離輸送的技術。
首先,對光伏電站的選址、修建技術、規(guī)模布置等方面進行全面調(diào)研,合理配置光伏模塊與逆變器數(shù)量,并依據(jù)當?shù)毓庹諏嶋H情況選擇合適的安裝角度。同時,應當把控電站的建設成本。其次,對電站的規(guī)模大小、光伏系統(tǒng)、裝機容量等子系統(tǒng)進行合理規(guī)劃,應用新技術結(jié)合地區(qū)經(jīng)緯度信息建造動態(tài)光照跟蹤光伏模塊,提升對光能的利用效率。此外,在計算工程資金投入時,光伏電站設要兼顧供電穩(wěn)定性,經(jīng)濟適用性,生產(chǎn)安全性,進一步的還要改進光伏發(fā)電站的連接網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu),將集中式與組合式相結(jié)合以實現(xiàn)后期運營維護成本的降低[3]。最后,利用計算機進行參數(shù)推算,得出不同穩(wěn)定性標準,基于光伏電站穩(wěn)定性的評價得出光伏發(fā)電容量的最佳值與電站輸送穩(wěn)定性估計,進而定位光伏電站最終的建設規(guī)模。
科學的電網(wǎng)設計有助于降低大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響。例如,利用高壓輸電技術將光伏發(fā)電站電能輸送至省級電網(wǎng)負載基地,進一步采用特高壓直流輸電技術實現(xiàn)光伏電能的跨區(qū)遠距離輸送。隨著新能源電網(wǎng)的不斷并入,打破傳統(tǒng)配電結(jié)構(gòu)建立新型的現(xiàn)代配電網(wǎng)已經(jīng)成為了相關技術人員急需解決的主要任務之一。
大規(guī)模光伏發(fā)電工程的建設符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求,是“綠水青山就是金山銀山”的環(huán)保理念得以落實到實處的重要舉措。本文通過對大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)功率特性、電壓特性、擾動影響、配電系統(tǒng)保護、電能質(zhì)量等方面的分析闡明了光伏發(fā)電在實際工程應用中尚需解決的諸多問題,并提出了部分改進策略。然而,大規(guī)模光伏發(fā)電在應用技術方面仍然處于上升階段,許多領域還很不成熟,因此,加強對光伏發(fā)電系統(tǒng)的理論研究并積極推進技術革新對進一步完善我國新能源體系,實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整,促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展,保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。