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。

一、大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

（一）功率特性的影響

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。

（二）電壓特性的影響

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。

（三）相角穩(wěn)定性的影響

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。

（四）小擾動穩(wěn)定性的影響

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。

（五）配電保護系統(tǒng)的影響

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。

（六）電能質(zhì)量的影響

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。

二、降低大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響的策略分析

（一）改進電力輸送技術

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。

（二）光伏電站設計改良

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。

（三）優(yōu)化電網(wǎng)設計

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。

三、結(jié)論

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。