光伏并网发电系统对电网的影响分析剧锦涛

剧锦涛贾雁冰

摘要：我国改革开放初期，用电一直处于供不应求的状态，随着科学技术的快速发展，这一现象有所缓解。随着经济技术的发展，我国在用电方面的需求逐渐增大，迫切需要以各种形式转变发电方式，在节能减排的基础上，不断提升电网发电性能。因此，针对光伏并网发电系统对电网的影响展开研究，论述其工作原理与相关影响，以期有效解决问题，不断进步。

关键词：光伏并网发电系统；电网；影响

引言

科学技术的快速发展，使得我国各行业的发展非常迅速，尤其是电力行业的发展，直接关系到了我国经济整体发展。光伏并网发电系统以太阳能为主，转化太阳能电池送出的电流，并与电网电压形成交流电而起到放电作用。该系统的核心部分在于并网逆变环节。随着微处理器运算速度的提升，当前系统逆变方案和控制策略可以采用光伏并网系统，且能够有效改善性能。

1光伏并网系统及其特性

1.1光伏并网发电系统的基本原理

光伏发电的基本原理是利用光生伏特效应（Photovoltaiceffect），通过光伏组件中的半导体元件吸收太阳辐射能量并将之转换为电能。典型的并网光伏发电系统主要由光伏组件（太阳能电池或太阳能电池板）、控制器、并网逆变器三部组成，由于这三部分均由电子元件构成，因而可靠性较高，便于维护。其中控制器是整个系统的核心，主要实现最大功率点跟踪控制（MPPT），并协调整个系统的工作；逆变器实现将光伏系统直接输出的直流电转换为能够并入电网的交流电。

1.2光伏并网发电系统的分类

光伏并网发电系统可以分为不可调式光伏并网发电系统和可调式光伏并网发电系统，二者的区别在于系统中是否含有储能装置。尽管可调式系统的性能优于不可调式，但由于可调式需要加装蓄电池等储能装置，成本较高。因此，目前西藏并网光伏电站均采用不可调式光伏并网系统。另外，根据并网光伏的规模和集中程度，可以分为分布式光伏发电系统和集中式光伏发电系统，分布式光伏发电系统主要依托于建筑物，因而对建筑物的面积、承重、质量等方面提出了较高的要求，另外，分布式光伏的项目融资和政策等问题尚未完全解决。考虑西藏地区的人口、负荷、环境以及建筑物等因素，目前，西藏地区主要采用集中式并网光伏发电系统。

1.3光伏并网发电系统的特性

（1）光伏发电系统受太阳辐射强度、气候等因素影响较大，具有间歇性、随机性的特点。例如，夏天光照条件较好，发电量要高于冬天，夜晚由于没有太阳辐射而无法发电。（2）光伏发电站需要一直处于旋转备用状态，而不能像传统发电模式通过起停机实现容量的改变。（3）目前大规模建设光伏发电的区域一般处于地广人稀的地方，本身对电能的需求量较少，需要通过较长的传输线路完成电能的输送及并网。由此会增加传输损耗，同时增大成本。（4）需要与其他电能配合。例如，当太阳辐射强度较大时，光伏并网发电系统能够实现自身的供给，同时向外输送电能，但当太阳辐射强度较小时，如晚上，就需要电网反过来给光伏并网系统进行送电来维持系统的正常运转。

2光伏并网发电系统对电网的影响

2.1光伏并网对配电网电压及其调整的影响

2.1.1影响

光伏并网对配电网电压产生的影响包括升高配电网电压、引起电压波动或闪变和改变电压分布等。升高节点电压。研究显示，正常状况下，负荷电压与接入n个PV的电压差距较大，且将导致公共耦合点电压升高，这种情况在阳光充足时较为明显。假若当时线路处在轻载状况，且PCC位于馈线末端，则将明显抬高电压，甚至越限。引起电压闪变或波动。以PCC为例，当功率发生改变时，其电流值也将发生变化。因PV输出功率受到光照的影响，因此出现电压波动。若此时未能并网且全容量运行时，将引起较大的电压波动。对电压分布的影响。每条低压配电网线路存在N个节点，当接入n个PV后，节点与线路始端的距离也将增大，进而线路之间压力增加，电压分布出现异常。

2.1.2调整

光伏并网将使得配电网络不断发生变化，且节点受到电压的影响出现异常。由于光伏渗透率较高，因此将出现大区域并网光伏起伏明显的现象，使得调整电压出现困难或出现电压超标等异常情况。同时，太阳辐射的变化需要随时调整电压，这将降低电压调整装置的寿命。当前，国外已有众多学者研究如何减少光伏并网对配电网电压的影响，且提出了一系列有效解决办法。其中，大致可分为两类：一是依据光伏并网系统本身的解决办法，通过改变电力电子器件控制光伏参与配电网的调压操作；二为从电网角度出发，利用已知手段减小光伏并网对配电网电压的影响。

2.2光伏并网对配电保护的影响

2.2.1配电网结构和保护配置

配电网是电力系统向用户供电的最终环节，也是保证用电质量与可靠性的关键，因此其位置至关重要。当前，配电网分为辐射型和环网结构两种。第一种是以单一变电站为中心，逐渐向四周扩散的接电方式，具有简便、经济的优势。但是，如果设备发生故障，需要切断故障线路间的所有设备，所以其可靠性较低。通常的解决办法是在主干线安装分段开关。为了提升供电可靠性，给用户提供两个方向的电源即环网结构，进而提升用电可靠性和安全性能。环网电路较单一的供电设备更加经济，但运行较为复杂，且故障时电压质量偏低。当前，我国中低压配电网均采用辐射型供电方式，即便是环网也采取开环运行模式。

2.2.2光伏电源接入位置对配电保护的影响

传统电网通常采取三段式电流保护方式。本文以接入位置的变化，分析其对配电保护的影响。首先，当光伏电源在馈线始端时，光伏电源相当于连接在系统侧母线上，因此只是单纯增加了系统容量。发生故障时，系统容量增加，短路断流也随之增加。但是，由于保护定值存在一定余度，因此只要限制接入的光伏电源容量，便能够保证其具有可靠动作。当光伏电源接在非末端母线时，光伏电源进入后导致电流发生故障，其大小与方向均有所变化，致使原有保护装置受到较大影响，极有可能出现非计划性孤岛现象，进而对工作人员造成危险。这种情况需要加设具有方向识别功能的装置，采取安全的检测方案。

2.3光伏并网对电网电能质量的有利影响

在电网中，光伏电源的渗透率逐渐提高，光伏并网会影响到传统的电力系统，但是在改善电能质量中，依旧会有诸多优势。光伏一般处于线路的末端，靠近终端负荷电气，实现了就近的电能功能，也可以降低馈线之中的功率传输；满足无功就地补偿的要求，并且还可以支撑接入点的电压。光伏并网发电系统可以同新能源并入到电网之中，可以实现与电网的相互支撑，达到保持电压、平抑系统扰动、保持频率稳定的作用；一旦出现自然灾害或者是大规模听，光伏供给负荷就可以满足自主独立的运行要求，确保负荷电力的供给。在电网末端，光伏渗透率会逐渐提高，这样就会降低电网系统之中光伏供电负荷的比重，杜绝电网运行事故对于电能质量带来影响；降低系统本身的最大负荷，将发电设备的总容量减少，这样可以提升整体的利用率，确保电力系统可靠的、经济的运行。

结语

综上所述，由于光伏并网发电系统的特殊性质，它对电网的影响较多。因此，需要深入研究各种现象并提出相关解决办法，进而最大程度减少光伏并网对发电网的影响。在日后的研究中，需更加熟练地使用光伏并网系统减少能源消耗，并及时解决出现的各项问题。

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