許志遠(yuǎn)，吳永銳

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗洪縣供電分公司，江蘇 宿遷 223900）

本文將對光伏并網(wǎng)發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響進(jìn)行分析，并探索有效的應(yīng)對策略，以期能為更好地推動(dòng)我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供借鑒，使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用和價(jià)值，滿足人們對電力輸送穩(wěn)定以及安全性的需求。

1 光伏發(fā)電特點(diǎn)

光伏發(fā)電過程簡單來說是一種將光能轉(zhuǎn)化為電能的過程，這種轉(zhuǎn)化不會(huì)產(chǎn)生污染與噪聲，所以是一種典型的新能源發(fā)電技術(shù)。伴隨著國家對光伏產(chǎn)業(yè)深度布局，如今國內(nèi)光伏發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入了高速賽道，光伏發(fā)電應(yīng)用范圍越來越廣，應(yīng)用成本也在不斷降低。與其他發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電最大的特點(diǎn)是對外界光照條件比較依賴[1]。光照強(qiáng)度與環(huán)境溫度對光伏板發(fā)電效率有著重要的影響。在環(huán)境溫度不變的前提下，伴隨著光照強(qiáng)度增強(qiáng)，光伏輸出功率也會(huì)增強(qiáng)。在光照條件一定的情況下，外界環(huán)境溫度增加，光伏板輸出功率會(huì)不斷減少。表1 展示了某地多個(gè)光伏電站出力情況[2]。從表1 中可知，伴隨著光照強(qiáng)度的變化，光伏電站出力也隨之發(fā)生變化，并且這種變化具有一定的規(guī)律性。比如在中午時(shí)刻，通常光伏電站出力最高。在傍晚時(shí)分日落至清晨日出前，光伏電站出力最小。

表1 某地一天內(nèi)多個(gè)光伏電站出力情況

2 光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

2.1 對配電系統(tǒng)保護(hù)帶來的影響

在配電網(wǎng)中，如果突然接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，很容易造成配網(wǎng)故障。受光伏發(fā)電的影響，配電網(wǎng)運(yùn)行特性也會(huì)出現(xiàn)變化，影響繼電保護(hù)正常運(yùn)行，導(dǎo)致一些自動(dòng)裝置發(fā)生故障。具體影響包括以下幾方面：一是在配電網(wǎng)中，變壓器連接形式有一定的差異。逆變器在與變壓器連接的過程中，將會(huì)受到光伏接入的影響，產(chǎn)生新的接地回路，影響零序電流傳輸?shù)姆€(wěn)定性。受此影響，繼電保護(hù)動(dòng)作也會(huì)出現(xiàn)變化，引起誤觸動(dòng)故障問題。二是在光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生一定的變化。最初網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是典型的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，伴隨著光伏系統(tǒng)的接入，將會(huì)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)提供新電源，導(dǎo)致其變成多電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種新的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致電流特性發(fā)生變化，并對饋線保護(hù)帶來負(fù)面的影響。比如會(huì)引起保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)，或者在故障發(fā)生時(shí)出現(xiàn)拒動(dòng)等問題。三是伴隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入，在配電系統(tǒng)中，線路重合閘與電源自投裝置運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)新的變化，導(dǎo)致非同期合閘問題出現(xiàn)。在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，如果選擇了逆變器并網(wǎng)線路，那么三相一次重合閘啟動(dòng)時(shí)間將會(huì)延長，導(dǎo)致逆變器反孤島保護(hù)難以及時(shí)啟動(dòng)，造成嚴(yán)重的安全問題。

2.2 對運(yùn)行調(diào)度帶來的影響

在當(dāng)前，我國的光伏站數(shù)量在不斷增加，發(fā)電量也越來越多，電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，面對新并入的光伏網(wǎng)絡(luò)提供的電量，很容易發(fā)生電力調(diào)度問題。從現(xiàn)實(shí)情況來看，與光伏發(fā)電相比，分布式發(fā)電的上網(wǎng)的電價(jià)通常比較高。受此影響，一些光伏電站為了降低成本，提升電力生產(chǎn)效益，會(huì)選擇從電網(wǎng)中退出[3]。這會(huì)直接影響備用電源以及各種輔助服務(wù)的運(yùn)行，最終對電力調(diào)度帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。并且在電力系統(tǒng)中，由于大量光伏電量的涌入，將會(huì)對電力系統(tǒng)正常調(diào)峰帶來一定的影響，比如將會(huì)出現(xiàn)調(diào)峰困難或者調(diào)峰錯(cuò)誤等問題，影響人民用電的安全與穩(wěn)定性。

2.3 對無功電壓特性帶來的影響

從現(xiàn)實(shí)情況來看，在一些偏遠(yuǎn)、人煙稀少的地區(qū)，光伏接入量往往比較大。因?yàn)樵谶@些地區(qū)，通常用電量相對較少，即使發(fā)生電網(wǎng)短路，實(shí)際的容量也非常小，所以可以通過電力網(wǎng)絡(luò)完成對光伏發(fā)電的輸送。但在實(shí)際進(jìn)行電力輸送的過程中，受光伏發(fā)電電流隨機(jī)波動(dòng)特性影響，母線電壓也會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，影響電力輸送的穩(wěn)定性。另外，在當(dāng)下，光伏并網(wǎng)后，自身的無功電壓支撐能力比較薄弱，所以很容易發(fā)生電壓質(zhì)量越限問題，從而造成電壓失穩(wěn)。尤其是對一些分散接入光伏電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)而言，原本的電網(wǎng)架構(gòu)因?yàn)槌霈F(xiàn)了新的電源而發(fā)生較大變化，實(shí)際潮流控制難度增加，所以會(huì)對電網(wǎng)電壓質(zhì)量帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

2.4 對于電能質(zhì)量的影響

在電力系統(tǒng)中，光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入后，將會(huì)產(chǎn)生很大的非線性負(fù)載，從而對整體的電能質(zhì)量帶來負(fù)面的影響。比如受光伏電力接入的影響，逆變器開關(guān)速度會(huì)有所下降，自身輸出失真，從而在電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)很多的諧波問題。通過上文敘述可知，光伏發(fā)電本身并不穩(wěn)定，受外界光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度變化的影響較大，這會(huì)影響光伏電力輸出的穩(wěn)定性，從而在電力系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的諧波問題。不同的電流諧波，還會(huì)出現(xiàn)疊加，導(dǎo)致諧波問題變得更加嚴(yán)重。從生產(chǎn)實(shí)踐來看，如果光伏發(fā)電規(guī)模較小，那么并網(wǎng)逆變器輸出的電流諧波相對較小。如果光伏發(fā)電規(guī)模較大，在并入電力系統(tǒng)后，將會(huì)產(chǎn)生大量的電流諧波，帶來的危害影響比較嚴(yán)重。不僅如此，光伏電網(wǎng)并入電力系統(tǒng)后，還會(huì)出現(xiàn)直流注入問題，同樣不利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，影響電能質(zhì)量。

2.5 對有功頻率特性帶來的影響

與常規(guī)的火力發(fā)電相比，一天之內(nèi)由于太陽光照、環(huán)境溫度會(huì)發(fā)生變化，所以光伏發(fā)電并不穩(wěn)定，本身的波動(dòng)性較大。所以，在并入電力系統(tǒng)后，還應(yīng)影響有功平衡，不利于有功經(jīng)濟(jì)調(diào)度水平提升，還會(huì)影響電力系統(tǒng)正常的調(diào)頻特性。嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)造成頻率質(zhì)量越限風(fēng)險(xiǎn)問題出現(xiàn)。在光伏電力系統(tǒng)接入后，電力系統(tǒng)備用優(yōu)化策略也會(huì)出現(xiàn)新的變化。針對不同類型的電源，產(chǎn)生的有功頻率有所不同，需要通過調(diào)整調(diào)頻參數(shù)，才能保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。光伏發(fā)電在并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將會(huì)因此出現(xiàn)下降現(xiàn)象，那么電力系統(tǒng)應(yīng)對功率波動(dòng)的能力將會(huì)被削弱，當(dāng)面臨嚴(yán)重工況時(shí)，頻率也會(huì)出現(xiàn)較大的變化，引起高頻切機(jī)、低頻減載等嚴(yán)重的工況，不利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響的控制策略

3.1 應(yīng)用大規(guī)模光伏外送新型輸電技術(shù)

在光伏電力系統(tǒng)并入電網(wǎng)后，為了抵抗電源波動(dòng)帶來的負(fù)面影響，一些重要的補(bǔ)償裝置，比如可控串補(bǔ)、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償SVC 等，可有效提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，抵御光伏電力輸送波動(dòng)問題。在當(dāng)前，我國特高壓直流輸電技術(shù)與遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)發(fā)現(xiàn)較為迅猛，因此可以在應(yīng)用上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對新型直流輸電技術(shù)的研發(fā)，結(jié)合實(shí)際光伏電力并網(wǎng)的需求，打造可再生能源電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，從而更好地整合多個(gè)光伏能源，通過更大范圍的資源互補(bǔ)，進(jìn)一步提升光伏能源并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在光伏新能源并網(wǎng)的過程中，一般會(huì)采用多點(diǎn)并網(wǎng)的方式或者多點(diǎn)互聯(lián)的方式，為了降低光伏并網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來的負(fù)面影響，應(yīng)充分考慮不同分布式光伏電源接入電網(wǎng)是最佳的電壓等級（如表2 所示），從而可以降低并網(wǎng)接入對電網(wǎng)運(yùn)行帶來的負(fù)面影響。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)做好優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，并對輸電容量進(jìn)行合理的配置，不斷地提升交流電網(wǎng)中的直流輸電資源的利用率，提升電力系統(tǒng)輸電容量的同時(shí)，降低光伏并網(wǎng)對電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定帶來的負(fù)面影響。

表2 分布式電源接入配電網(wǎng)適宜的電壓等級

3.2 做好優(yōu)化調(diào)度工作

在電力系統(tǒng)中，隨著光伏電力的并入，還會(huì)增加電網(wǎng)的線損，并且大量電力的輸入，對原本電力調(diào)度也會(huì)造成負(fù)面影響。所以，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，有針對性地采取以下措施，對電網(wǎng)做好優(yōu)化調(diào)度。在具體優(yōu)化調(diào)度的過程中，可以應(yīng)用一些智能算法，比如蟻群算法，可以有效地優(yōu)化光伏發(fā)電出力，使其不會(huì)在一天時(shí)間內(nèi)發(fā)生較大的波動(dòng)變化，同時(shí)還可以根據(jù)光伏出力變化的規(guī)律，靈活地制定調(diào)度策略，可以將光伏并網(wǎng)帶來的影響降至最低。此外，在進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度的過程中，還可以分享實(shí)際的負(fù)荷需求，合理地控制并網(wǎng)電量，并做好配置儲(chǔ)能裝置的合理設(shè)置，有效地平衡有功功率和無功功率，可以有效提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.3 應(yīng)用光伏電站規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)

做好光伏電站規(guī)劃設(shè)計(jì)工作，可以進(jìn)一步提升光伏發(fā)電的穩(wěn)定性，從而在并網(wǎng)后，可以減少對電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)面影響。在實(shí)際進(jìn)行光伏電站規(guī)劃設(shè)計(jì)的過程中，需要結(jié)合外部的光照條件，合理地調(diào)整光伏模塊安裝傾角，并注意提升光伏發(fā)電裝置與逆變器的匹配度，同時(shí)還應(yīng)做好光伏發(fā)電經(jīng)濟(jì)性分析[4]。在進(jìn)行光伏電站容量規(guī)劃的過程中，還應(yīng)充分考慮不同的光伏系統(tǒng)類型，以此為依據(jù)，合理地進(jìn)行容量的設(shè)計(jì)，更有利于保證光伏電站發(fā)電的穩(wěn)定性。在具體進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以采用“直觀類方法”“人工智能優(yōu)化算法”等，基于不同的系統(tǒng)類型，計(jì)算出準(zhǔn)確的容量。其中在應(yīng)用直觀類法時(shí)，不需要考慮光伏出力隨機(jī)特點(diǎn)，可以根據(jù)每月平均最低光照能量完成發(fā)電量的計(jì)算。在應(yīng)用人工智能算法時(shí)，則需要加強(qiáng)對光伏系統(tǒng)可靠性分析，同時(shí)還應(yīng)考慮負(fù)荷隨機(jī)性，然后借助函數(shù)表述電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性以及自身容量的關(guān)系，提升光伏電站容量計(jì)算的準(zhǔn)確性。通過做好上述光伏電站規(guī)劃設(shè)計(jì)，能夠促使光伏發(fā)電更好地適配電網(wǎng)，減少對電網(wǎng)運(yùn)行帶來的負(fù)面影響。

3.4 應(yīng)用光伏消納源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)

伴隨著大量光伏并網(wǎng)，對電網(wǎng)逆變器的動(dòng)態(tài)屬性控制要求也越來越嚴(yán)格。在這一過程中，為了提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，可以應(yīng)用光伏逆變器低電壓穿越技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)能夠提供低穿過程電壓以及電流控制方法，所以可以有效地應(yīng)對光伏并網(wǎng)帶來的各種負(fù)面影響。即使因?yàn)楣夥⒕W(wǎng)發(fā)生故障，也可以快速恢復(fù)，更好地保障電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。在提升電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的過程中，還可以加強(qiáng)對儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用，從而可以有效加強(qiáng)對功率波動(dòng)控制，減少功率波動(dòng)對電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來的負(fù)面影響。光伏發(fā)電本身具有不穩(wěn)定的特征，在并入電網(wǎng)后，面對電壓波動(dòng)、閃變等問題[5]，很容易影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。所以可以結(jié)合實(shí)際，在相應(yīng)的線路中設(shè)置諧波補(bǔ)償器、有源濾波器等，可以有效提升電能質(zhì)量，減少諧波問題帶來的負(fù)面影響。在此基礎(chǔ)上，還需要在電力線路中合理地設(shè)置隔離變壓器、逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等，這對光伏并網(wǎng)直流注入問題解決也有著非常積極的影響意義。

3.5 應(yīng)用光伏消納有功無功控制技術(shù)

在光伏并網(wǎng)后，為了減少對電力系統(tǒng)帶來的負(fù)面影響，還應(yīng)結(jié)合光伏電站與調(diào)度站實(shí)際的建設(shè)情況，建立一種針對性的架構(gòu)，提升有功頻率與無功功率控制的水平。在此基礎(chǔ)上，要對光伏數(shù)據(jù)采集通信機(jī)制做好研究工作，確保數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，然后為有功無功控制提供充足的數(shù)據(jù)支持，有針對性地采取一些控制方法，更好地維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。除此之外，還可以將光伏發(fā)電并入電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）內(nèi)，從而促使調(diào)度主站能夠?qū)夥娬镜挠泄o功進(jìn)行閉環(huán)控制，以此來提升并網(wǎng)后電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，維護(hù)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

綜上所述，與其他發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電受光照強(qiáng)度以及外界環(huán)境穩(wěn)定變化的影響較大，實(shí)際發(fā)電并不穩(wěn)定，會(huì)影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。所以，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，深入分析光伏并網(wǎng)后對電力系統(tǒng)運(yùn)行將會(huì)造成哪些影響，并提出一些針對性的應(yīng)對防范措施，將這些并網(wǎng)帶來的影響降至最低，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定安全性。