摘要：光伏发电技术可以有效改善人们用电情况，是解决人类能源紧缺问题以及环境污染问题的有效方法，大容量并网光伏电站作为光伏发电技术应用的重要方面，其中有很多技术问题值得深入探讨和研究。本文浅析大容量光伏电站对地区级电网运行的影响分析。
关键词：光伏电站；大容量；并网
正文：由于光伏电站相比于传统的火电厂特性有很大的不同，大容量光伏电站的接入，对传统电网的潮流分布、电压稳定、电网规划、调控运行等方面都将产生较大的影响。在配电网中加入光伏电站，从而降低网损，减少偏远地区对电网的投资，分布式光伏发电有着环境友好、占地面积小、投资少、网损小等优点，是未来智能电网的重要组成部分，但是如何将大容量的光伏并网产生的电能顺利送入主网，是今后电网调度需要重点研究的问题。
1大容量并网光伏电站系统构成
1.1光伏阵列
光伏发电系统包含了大量的电池组件光伏阵列，电池组件经过串联后连接到汇流箱，一个串列中的一块电池组件如果出现问题故障，往往会引起整个串列电池组件的发电故障，甚至会影响其他串列的正常工作，因此对光伏电池组件故障的及时发现和处理是非常必要的。实际应用中一般在汇流箱内安装有可通信的智能采集装置，对每一个电池组串列进行电流、电压等参数的监控，并实时将参数反馈到主监控系统中，来实现对大规模光伏阵列的集中监控。逆变器是光伏发电系统中的核心元器件，其主要功能是将光伏阵列侧的直流电转换为并网侧的交流电，实现并网和各种故障的处理。在我国西北地区的大型光伏电站系统中逆变器往往可以根据日出、日落自动并网、离网，夜间切换至待机状态功耗极低，实现无人值守，并集成了 RS485 通信接口，实现远程集中监控，而且可以通过远程通信调整输出功率，在非逆流型光伏电站应用场合配合逆功率监测装置协同工作，可实现对逆流的管理和控制。逆变器转换的交流电往往要经过滤波处理以及经变压器升压至中高压后才能变成满足用电质量要求的交流电能，然后才能进入并网柜并入电网。并网柜的主要功能是负责对并网侧的各类电力参数进行测量，包括电压、电流、功率、功率因数、电量、谐波等，其结构包含了断路器以及电力仪表等器件。
1.2大容量光伏电站的基本原理
大容量光伏电站一般达到兆瓦级，通过集群控制的方法使变流器并联运行，同时利用中央控制系统对整个光伏电站的各个子系统进行。光伏电站和电网通过变流器相连，因此要求变流器具有相应的控制功能、可以对有功出力和无功出力进行控制、降低有功变化量、去除谐波等。大型光伏电站一般是由几个基本单元组成，每个光伏单元的容量约 1MW。其中，大容量的光伏阵列组件在光电转换以后，经过汇流母线，将电能传输给变流器，再由变流器转换为交流，通过变压器的升压后并网。
1.3光伏电站的送出方式
当前，大部分光伏电站均通过 35kV 或者 110kV 系统与主网相连，但是现有的地区电网网架结构、设备状态等方面在设计时是作为受端电网考虑的，现在已不能适应大容量光伏电力的送出需求，无法达到对大容量光伏电站的满出力送出要求，而且，部分线路无法满足 N-1 原则，这样就形成了光伏送出的瓶颈问题。
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2大容量并网光伏电站的特点
与小型光伏电站或分布式光伏电站相比，大容量并网光伏电站具有以下技术特点：并网难度大，在参数设置不当或不稳定系统中，所产生的电能质量较低，且功率不稳定，容易对本地电网产生干扰，引起电网电压波动或孤岛等。光伏发电作为无旋转惯量、小时间尺度的电能形式，保证电网安全稳定运行的技术难度往往随着电站并网规模的增大而提高。系统中采用的逆变器种类多、容量大，实践中往往采用多个逆变器组合，并由变压器升压到中高压（10/35kV）并网的方式。通过增加逆变器的数量来提高电站并网系统的冗余度，并在光照条件较差时使某些逆变器停止工作从而提高电能的转换效率，此技术的缺点是随着逆变器的增多，系统中环流和谐波放大等现象也会增多，而这些因素往往是影响电能质量的关键。光伏阵列规模较大，不能保证所有组件性能一致。电池组件的性能一方面与生产厂商以及型号等固有特性有关，另一方面与其所应用的工作环境有关，例如组件的光照强度、工作温度不同，电池组件的性能也不相同。为达到理想的光伏阵列组合特性要求，要尽可能地减少组件的内部损耗。
3大容量光伏电站对地区级电网的影响
3.1对地区火电机组运行的影响
光伏电站的运行具有波动性，而大容量光伏电站的波动达到100MW 级，在实际运行中，在夏季高峰时段，存在光伏电站与火电厂抢输电通道的问题，造成火电厂窝出力。而遇到午后雷雨，光伏电站的出力接近于 0，又会造成火电厂需要迅速增加出力。
3.2对系统运行稳定性的影响
大规模的分布式电源接入电网，由于分布式电源不发无功或者是无功发不出的现象经常发生，配电网中缺乏相应的无功功率，奖导致整个配电网电压稳定性降低。分布式电源的功率因数一般达到 0.98~0.99，但是当风电场或小水电的装机容量较大，且无功功率不足时，就容易对电网的电压稳定性造成影响，严重时会造成系统电压崩溃。在以前的配电网规划和设计中，是按照受电型电网设计的，在光伏电站并网在配电网后，配电网的运行特性发生了明显的变化，事故处理和运行可靠性研究不能采用传统的分析模式，研究表明，光伏电站与配电网并网运行后，系统的稳定性和可靠性将有所下降。对于接入配电网的大容量光伏电站，由于潮流的变化使得配电网电压调节难度增大，保护装置的定值整定更加复杂，由于电网从自身稳定运行角度出发，要让光伏电站具备一定的电源属性，但目前的大容量电站和传统的火电站相比，还远未达到这些要求。
3.3对电网备用容量的影响
分布式电源接入电网的波动是由风力发电、小水电、太阳能光伏发电等引起的，而这些电源的功率对于电网完全是随机的。在最不利的条件下，整个分布式电源的功率投入或切除。如果要接入大量的分布式电源，则相应的要在电网中配备一定容量的备用电源，即火电机组的旋转备用，用于在分布式电源输出功率波动时平衡发电与负荷的需求，保证电网安全稳定运行。今年由于煤价上涨幅度较大，火电厂来煤质量也受到影响，调峰能力受到限制，不能达到最大或最小出力，削弱其调峰能力。
结语
大容量并网光伏电站作为开发新能源的重要内容，正在从技术探索阶段走向大范围的推广应用，其中还存在着不少技术难题，如何解决光伏阵列的复杂特性，减少热斑效应及光伏转换效率以及逆变器转换效率，提高电网接纳能力，需要人们对关键技术深入研究，只有研发出相应的技术，才能真正向电网注入绿色、无污染的电能。随着国家光伏扶贫政策的不断推进，以大容量光伏电站为代表的新能源仍将迅速发展，光伏并网对地区电网的影响不断增强，地区电网的结构设计和建设、运行等工作必须适应新能源消纳的基本需求，建设合理的电网结构，从而保证大容量光伏产生的电能就地消纳或者通过超高压电网进行远距离输送。
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论文作者:徐大磊
论文发表刊物:《防护工程》2017年第29期
论文发表时间:2018/2/27
标签：光伏论文; 电站论文; 电网论文; 大容量论文; 分布式论文; 逆变器论文; 电能论文; 《防护工程》2017年第29期论文;