摘要：光伏发电用于缓解能源短缺的危机和环保压力，体现出清洁、安全、高效的特点，分布式光伏发电系统并入配电网的比重日益提升，呈现出大规模发展的趋势，对电力系统电能质量、智能电网实时性保护等方面产生了较大的影响。
关键词：光伏发电；并网；电力系统；影响
引言
面对当前能源短缺的现状，光伏发电并网成为可以再生利用的电能资源，体现出清洁、安全、高效的优势特点，并呈现出大规模的分布式光伏发电趋势，有效缓解传统火力和水力发电供应不足的问题。本文重点探讨大规模光伏发电并网系统的相关原理，并分析光伏发电并网对电力系统的各方面影响，以期更好地体现其实用性价值。
1 大规模光伏发电并网概述
光伏发电技术是在逆变器输出正弦波电流频率/相位与电网电压的频率/相位保持一致的前提下，通过并网逆变器转换组件实现电流转换，与公共电网系统相接。其应用优势主要为：操作便捷快速；无污染和噪声；调峰性能良好；实现就地发供电，成为意外故障时的应急供电装置；输配电损耗低，线路损耗小。
1.1光伏电池
大规模光伏发电系统中的光伏电池主要采用以硅为基底的多晶硅太阳能电池和新型光伏电池，利用硅晶片的光生伏打效应，将接收的太阳光照能量转化为电能，生成电压差和电流，其等效电路通常由半导体二极管和电阻串/并联而构成。并当输出量硅晶体光伏电池组尚未满足要求时，则可以选用硅晶体光伏电池阵列，其相关参数主要包括有：光伏电池开路电压（Uoc）为44V、光伏电池短路电流（Isc）为8.09A、光伏电池最大功率点电压（Umpp）为34.8V、光伏电池最大功率点电流（Impp）为7.47A，体现出良好的稳定性和较高的光电转换效率。
1.2 并网光伏逆变器
并网光伏逆变器对于光伏系统的电能质量有直接影响，是光伏发电并网系统的关键核心，主要是保证功率因数为1，稳定输出除谐后的电流，并实施电网电流的实时追踪和精准控制，其对于电网电流矢量的控制方法包括有：PI控制、滞环控制、比例谐振控制、SVPWM控制。通常可以选取单极式三相并网逆变器，采用一级换流的方式，对增压后的电流进行信号传送，完成AC/DC的能量转换，通过合理排布光伏阵列的元件组合方式，有效提升直流侧电压的质量。
2 光伏发电并网对电力系统的影响探索
2.1 对电力系统有功频率的影响
大规模光伏发电并网体现出随机波动性、四象限控制性和脱网特性，对电力系统的稳定性造成较大的影响，由于光伏发电并网运行控制主要取决于电力电子逆变器，缺乏传动惯量和阻尼特性，加之光照强度表现出周期性、随机性和波动性的特点，对于电力系统的稳定运行控制带来较大的难度，导致电力系统容易出现谐波、三相电流不平衡、电网电压波动及闪变等问题，降低电力系统线路保护的灵敏度，导致电力系统出现选择性失灵。
为此，要结合常规机组等电源有功频率协调控制的适应性需求，快速合理调整光伏发电并网系统，更好地应对频率快速变化的风险。
2.2 对电力系统功角稳定性的影响
大规模光伏发电并网基于自身的随机波动和无转动惯量特点，存在功角稳定性的问题，由于其改变了潮流分布、通道传输功率等参数，并与电网拓扑结构、电网运行方式相关联，因而导致电网的功角稳定性变差。另外，当光伏发电并网集中化和规模化之后，当其缺乏足够的故障穿越能力时，则会引发极其严重的光伏的脱网现象。如：振荡型失稳则是在光伏发电并网的光伏出力波动的情况下，电力系统的阻尼变化而引发新频段范围的机电振荡。
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2.3 对电力系统电能质量的影响
大规模光伏发电并网扩充了原电网系统的单电源结构，改变了原有电网的网架结构，使配电网的电压、频率、波形产生较大的影响，无法实现对电网潮流分布的有效控制，引发配电网的电压波动、潮流波动和电压闪变风险，对于负荷点的电压质量造成一定影响，导致部分负荷节点的电压增高的现象，也使电力系统出现污染和磁饱和的现象。
为此，可以构建IEEE13节点优化仿真模型，分析节点电压受光伏发电并网接入配电网时的影响，明确配电网的接纳能力和范围，限定光伏发电并网的最大准入容量。同时，可以采用基于网损最小理论的改进策略，进行IEEE33节点配电系统的仿真和潮流计算，分析光伏发电并网对配电网电压分布的影响，使之适用于任意荷载的多支路配电网，并探讨光伏发电并网的接入位置及注入容量对配电网节点电压影响的变化规律，较好地实现光伏发电并网的无功优化。
2.4 对电力系统继电保护的影响
2.4.1 光伏发电并网对电流保护的影响
光伏发电系统经由10kV馈线接入电力系统，其故障电流大小及分布状态区别于传统电网，当光伏电网接入系统所在馈线上游出现故障时，则会导致光伏发电并网接入系统出现馈线保护误动作。当相邻线路出现故障时，其反向故障电流也会导致接入系统的馈线保护误动作。同时，当不同容量的光伏接入系统故障点位置不同时，会导致所在馈线部分保护灵敏度下降或出现拒动的问题。并当光伏电站容量的日趋增大，会使电力系统继电保护丧失应有的选择性。
2.4.2 光伏发电并网对自动重合闸的影响
光伏系统接入配电网之后，存在光伏系统供电的电力孤岛现象，对电力系统自动重合闸产生较大的影响，主要包括有：（1）非同期合闸。光伏发电并网形成的电力孤岛会导致系统电压相位角不相吻合，尤其是当电压相位角抵达一定值时，会引发非同期重合闸的问题，形成极大的冲击电流或电压，引发保护设备的误动作。（2）故障点电弧重燃。未解列的光伏并网系统会导致故障点出现持续电弧，扩大故障范围，使瞬时故障演变为永久性故障。
2.4.3 光伏发电并网对变电站备用电源自投的影响
由于光伏发电并网系统存在孤岛效应，其10kV母线和110kV母线在主供线路发生故障跳闸时仍旧带有电压，导致备自投装置不动作或延时动作。
对此，可以对光伏发电并网系统实施线路保护、母线保护和防孤岛保护，安装安全自动装置，使之满足电压异常时的响应要求。
2.5 对配电网可靠性及实时监控调度的影响
光伏发电并网能够消除输配电网的过负荷和堵塞现象，提升输配电网的输电裕度，然而其缺陷在于降低了配电网络的可靠性。同时，从电网实时监控和调度的角度来看，由于光伏发电并网在信息采集、开关操作、配电调度等方面存在不确定性，导致配电网的实时监控和调度优化受限，增大了配电网调度的困难。同时，光伏发电并网协议也是必须充分考虑的重要因素，进行配电网监控调度的信息量必须依赖于具体的光伏发电并网协议。
3 小结
综上所述，大规模光伏发电并网拓展了电力应用空间，使单电源放射状的电网网络转变为多电源供电网络，导致电力系统的潮流分布、电压水平、短路电流产生较大改变，对于电力系统的电能质量、无功电压、有功频率、功角稳定性、配电网继电保护等方面产生了较大的影响，为此要构建光伏发电量的智能预测模型，利用最优控制原理和智能控制理论，搭建实时动态监测的配网监测和调度控制系统，提升电力系统的运行稳定性和可靠性。
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论文作者:欧阳雪梅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：光伏论文; 电力系统论文; 电压论文; 电网论文; 电流论文; 系统论文; 配电网论文; 《电力设备》2019年第9期论文;