摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。在可持续发展理念推动下，光伏发电作为绿色可持续能源进一步受到重视。随着光伏发电技术日益成熟，光电转换效率逐渐提升，发电成本降低，光伏电站并网数量不断增加，有效缓解对传统电能需求的紧张局面，减少环境污染，但同时对整个电网系统产生一定的影响。本文就光伏发电对电力系统调度运行的影响展开探讨。
关键词：光伏发电；电力系统；影响分析
引言
我国幅员辽阔，资源丰富，但人口众多，能源供不应求问题突出，加强能源保护和新能源的开发运用是急需解决的问题。近年来，作为主要能源供给的电能，其来源更加多样化，如水电站、风力发电站、核电站已经被广泛运用，沼气、潮汐能已不再陌生，光伏发电是运用太阳能经过一系列过程转化成电能的新技术，为人们提供了诸多便利，缓解了能源匮乏、环境污染等问题。在并网过程中，因光伏发电自身的特性，使既有的电力系统产生一些问题，因此，通过对光伏发电的理论分析，了解光伏发电对已有电力系统的影响，对光伏发电技术具有积极的推动作用。
1光伏发电的基本原理
不同极性（P/N）半导体材料相结合生成异质结，其内部载流子在光照条件下定向移动产生内建电场形成光电压和光电流，这一现象叫做光生伏特效应。该过程主要包括三个部分，第一，光照条件下PN结处半导体发生电子跃迁形成电子空穴对（即激子）；第二，PN结处自由移动的多子扩散或漂移至非均匀势场区；第三，在内部能级差产生的势场作用下电子和空穴分离。当异质结连接有外电路时，光照条件下PN结内部光生载流子产生定向移动并形成回路，即光电流。这一过程称为光伏发电。
2光伏发电系统简介
从光伏发电系统的组成上考虑，具体可划分为四部分：（1）太阳能电池方阵，是吸收光能的主要设备，其两端会形成异性电荷积聚现象，并随之形成电动势。（2）蓄电池组，工程中最为常用的为铅酸电池，它可以起到电能储存的作用，待到阴雨天等非日照环境时可以为负载持续供电，蓄电池组的放电量不可过大，应具备高效率的充电特性；（3）充放电控制器，此结构服务于蓄电池，当蓄电池处于放电状态时可以对其进行调节，从而杜绝蓄电池过度充放电的现象，在调控过程中以负载需求为准则，合理控制电能的输出量；（4）逆变器，在其作用下可以实现低压直流电向交流电的转化，从而为负载提供可使用的电流，逆变器种类较多，在光伏发电系统中常见的为并网逆变器。
3光伏发电对电力系统调度运行的影响
3.1配电系统保护问题
用电安全是电力系统永恒的话题，为更好地保证电网系统的正常运行，运用恰当的保护设施合理保护电网设备，是电力企业保证配电系统的安全、加强安全管理和质量控制的重点。光伏发电的介入，会在一定程度上影响了配电系统的安全保护，大规模光伏电源的接入，改变了配电系统原有的运行方式，原有的故障特征也发生着变化，使得原有的配电系统保护装置很难发挥其保护作用。例如，发电因光伏系统的参与，既有的单电源配电系统改成了双电源、多电源的拓扑结构，当出现故障时，电流的大小、方向都和原来有所不同，引发原有的保护装置出现拒动保护、误动等不良反应，进而影响电网系统的正常运行。根据一些权威文献的阐述，也证明了变压器在光伏系统中的连接方式不同于常规连接，使继电保护特性受到干扰。其次是人为干扰对继电保护特性造成的影响，并网光伏变换器非常敏感，由于个别工作人员私自在变换器中安装保护设施，无法正常使用既有配电系统中变电站备用电源。
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3.2对电能质量的影响
在完成光伏并网作业后，原本电力系统的稳定性将被打破，此时会导致电压与电流出现明显的波形畸变现象，并大幅影响配电网电能质量，具体表现行为有如下3方面：（1）谐波畸变。电子换流器对于光伏发电系统而言至关重要，但如果该装置与电网相连，将会产生明显的谐波电流。此外，诸如光伏发电系统中的电抗器等设备都会显著加剧谐振现象，此时谐波畸变程度加深。（2）电压波动和闪变。光伏发电系统运行效率与自然环境有着密切关系，随着周边太阳辐射强度的变化，输出的功率值也无法处于恒定状态。当完成并网作业后，原本系统的电压稳定性将受到影响，如果太阳辐射强度变化幅度明显，此时还会出现闪变现象。（3）潮流方向发生变化。光伏发电系统接人位置以及容量配置均存在差异，若光伏并网容量明显偏大，此时馈线节点的输人功率也将随之增大，从而导致电压急剧上升，潮流倒向现象明显，最终降低配电网的输电质量。
3.3有功频率特性的变化
在光伏发电的电流传输过程中随机波动频繁出现，导致低电压传输的无功或有功动态，要想保证电流顺利通过，减少和避免因此对设备和元件的所造成的损害，就会影响系统的负荷能力，加大了维持系统的有功平衡的难度，电网的运行特性也会因此受到很大影响，既有电力系统一般都设置备用系统，但光伏系统的介入，改变了原有的电力系统结构，为了满足电流的传输要求，只能换掉原有的常规电源，一旦遇到突发情况，系统的应对能力大大降低，频率的变化导致系统的整体运行效果降低。此外，由于光伏系统的接入，系统的等效转动惯量因光伏系统的存在而减小，系统的应对功率因此而产生波动，严重影响系统的有功频率特性。
3.4影响光伏发电系统稳定性
光伏发电对电网的稳定性影响主要表现在两个方面。一是对功角稳定性影响；二是对小扰动稳定性影响。由于光伏系统自身的波动性和无转动变量等特点，公共电网的潮流分布和系统等效惯量会发生变化。在光伏发电并网过程中，这会对电网的功角稳定性造成一定的影响。同时还会通过改变公共电网构架形式造成电力系统发生震荡型失稳。此外，自然环境对光伏发电有直接影响，环境变化引起的光伏发电变化可称为小扰动，具体如电力系统光照变化小干扰后，其稳定性会受到影响。
3.5对继电保护的影响
对于国内电网而言，大多为单电源放射型布设方案，在并网接人的过程中，将会对配电网的拓扑结构造成破坏，并引发继电保护现象。总结各类实例可知，对继电保护的影响通常表现为如下3方面：（1）对高压熔断器保护的影响。当完成并网作业后，将会迫使配电网转变为多源供电系统，从高压熔断器的作用机制考虑，其只对某一电源系统有效，因此一旦出现故障，高压熔断器只具备切断支路的能力，但整条线路依然无法得到全面的保障，部分区域会受到影响。（2）对距离保护的影响。基于光伏发电并网技术，电力系统随之衍生出一个L游分支，从而对距离保护机制造成影响。（3）对过流保护的影响。在完成并网接人作业后，受光伏电源的影响，一旦某一部分出现故障，此时继电器保护装置无法精准地对故障电流做出判断，馈线保护动作的应急水平受到抑制。对于邻近线路而言，将会引发拒动以及误动现象。
结语
随着科技不断发展，光伏发电并入公共电网技术日趋成熟，发电成本降低，并网数量大幅提升，为新能源事业起到了积极推动作用。然而，在缓解用电紧张局面的同时，也对电网系统带来一定的影响。如何能确保光伏发电系统并入电网后两部分能够平稳高效运行是光伏发电工业化应用的关键。主动探寻存在问题并积极研究对策，实现光伏发电与电网协调发展。
参考文献：
[1]徐晓霞，彭端丹.关于光伏发电对电力系统影响探讨[J].科技风，2018（27）：191.
[2]刘乐.光伏接入后配网馈线电压协同控制方法[J].电力科学与技术学报，2017，32（3）：43-49.
论文作者:吴秋兵
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：光伏论文; 系统论文; 电网论文; 电力系统论文; 电流论文; 电能论文; 稳定性论文; 《电力设备》2019年第7期论文;