淺析大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)影響

電能作為一種廣泛意義上的清潔能源，目前，其在我國國民生產(chǎn)、生活中占據(jù)的地位越來越重要。以往，我國電力能源的主要來源為以煤炭為原料的火力發(fā)電和以水力為能源的水力發(fā)電。隨著當(dāng)前煤炭資源的逐漸枯竭，加之水力資源的可控性較差、我國的電力需求逐步擴(kuò)大，利用光能發(fā)電已經(jīng)成為主要的研究方向之一。太陽能光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電、生物質(zhì)能源發(fā)電一并作為我國當(dāng)前比較清潔的發(fā)電方式，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電主要是以中、小規(guī)模存在，這些規(guī)模的電能在我國已經(jīng)成為一個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)，接入了我國電網(wǎng)大系統(tǒng)中并網(wǎng)運(yùn)行。將光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)，大大擴(kuò)展了光伏發(fā)電的使用范圍、提高了靈活性。但因光伏發(fā)電產(chǎn)生的電力能源采用了特殊的方式并入公共電網(wǎng)，在并入電網(wǎng)過程中會產(chǎn)生一系列的問題，需要深入研究。因此，筆者結(jié)合研究，對當(dāng)前主要發(fā)展的大規(guī)模光伏發(fā)電產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究，對促進(jìn)我國光伏發(fā)電技術(shù)的提升具有一定的推動(dòng)作用。 1 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)概述 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)依靠光伏電池方陣形成電流、送入并網(wǎng)逆變器和變壓器，中間不經(jīng)過蓄電池儲能環(huán)節(jié)，由變壓器或逆變器直接將電能輸入公共電網(wǎng)。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)不需要蓄電池的儲能、釋放等過程，所以，其能量消耗水平更低，且占地空間更小。目前，對于大規(guī)模光伏發(fā)電，均采取并入大電網(wǎng)。但光伏發(fā)電并入大電網(wǎng)后，往往因光伏部分的逆變器離散動(dòng)作和發(fā)電間隙性的特點(diǎn)，在向電網(wǎng)輸送功率或被電網(wǎng)輸送功率時(shí)，都會造成整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)電壓的短時(shí)或長時(shí)變化，這些是大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)需要研究和解決的問題。 2 大規(guī)模光伏發(fā)電對系統(tǒng)特性的影響 2.1 對系統(tǒng)無功電壓特性的影響 對于光伏發(fā)電，往往需要在海拔高、日照時(shí)間長的戈壁、沙漠等地區(qū)建設(shè)發(fā)電設(shè)施，由于這些地區(qū)的人口數(shù)量少、對電力的需求較低，所以，負(fù)荷水平較低。光伏發(fā)電接入的地區(qū)不會存在過大的電網(wǎng)短路容量，大量的光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能都需要借助高壓遠(yuǎn)距離輸電網(wǎng)絡(luò)輸送。在此過程中，出現(xiàn)的隨機(jī)波動(dòng)的有功出力會對電網(wǎng)的無功平衡特性造成一定的影響，進(jìn)而使輸送線路沿線的母線電壓出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。此外，由于當(dāng)前并入電網(wǎng)的大規(guī)模的光伏電源自身的無功電壓支撐水平有限，進(jìn)而使電壓質(zhì)量出現(xiàn)越限甚至失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增大。 2.2 對功角穩(wěn)定性的影響 采用大規(guī)模的光伏發(fā)電時(shí)，由于光伏電池方陣發(fā)電后的電能經(jīng)過并網(wǎng)逆變器和變壓器并入電網(wǎng)后，具有隨機(jī)波動(dòng)和沒有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的性質(zhì)，使電網(wǎng)原有通道的傳輸功率和潮流分布受到 了一定的影響，進(jìn)而使電網(wǎng)系統(tǒng)的等效慣量減小。同時(shí)，在穿越期間，光伏具有與原來常規(guī)發(fā)電機(jī)組不同的動(dòng)態(tài)支撐技術(shù)，因此，當(dāng)大規(guī)模光伏發(fā)電接入系統(tǒng)后，電網(wǎng)的功角穩(wěn)定性會出現(xiàn)一定的變化。這種電網(wǎng)功角的變化與光伏并網(wǎng)的規(guī)模、位置、光伏電源的控制技術(shù)、電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)。結(jié)合相關(guān)研究分析發(fā)現(xiàn)，光伏接入對功角穩(wěn)定性可產(chǎn)生正面影響，也可能起著負(fù)面作用，進(jìn)而降低電網(wǎng)功角的穩(wěn)定性。 2.3 對電能質(zhì)量造成的影響 大規(guī)模光伏發(fā)電機(jī)組接入電網(wǎng)運(yùn)行后，對原先電網(wǎng)系統(tǒng)中的單電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行了擴(kuò)充，且不同數(shù)量和規(guī)模的光伏發(fā)電機(jī)組的接入使電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了變化，進(jìn)而使電網(wǎng)的潮流分布難以得到有效控制，降低了配網(wǎng)的電壓質(zhì)量，加之電網(wǎng)中用戶端電子器件的數(shù)量不斷增長，對電力系統(tǒng)也造成了一定的負(fù)擔(dān)和污染。 3 結(jié)束語 對于大規(guī)模光伏發(fā)電而言，不僅拓展了我國電力資源的來源，還使人們越來越重視環(huán)境和節(jié)約用電問題。為了更好地促進(jìn)大規(guī)模光伏發(fā)電機(jī)組的有效運(yùn)行和生產(chǎn)，從而廣泛服務(wù)于大眾，應(yīng)對光伏大規(guī)模光伏發(fā)電機(jī)組進(jìn)行研究，對于其接入配網(wǎng)系統(tǒng)的行為進(jìn)行研究，對其接入后可能對原先單一電源的電網(wǎng)造成的影響進(jìn)行研究，從而為相關(guān)專家和學(xué)者進(jìn)一步研究消除這些影響的措施提供參考，也為更好地利用太陽能作出一定的貢獻(xiàn)。未來，越來越多的光伏發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)系統(tǒng)是不可逆轉(zhuǎn)的趨勢，因此，相關(guān)電力工作者應(yīng)加快研究速度，消除一切阻礙光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的問題，從而提升我國電力事業(yè)的發(fā)展水平。