光伏发电及并网发电系统简介

1.1光伏发电

大规模光伏发电是将太阳能发电系统运行产生的直流电转化为公众可用的交流电。整个转换过程由并网逆转器完成。光伏并网发电系统可分为集中式大并网电站和分散式小并网发电系统两种类型。集中式大型并网电站的并网发电系统可以在发电站转换电流，可以直接为用户供电。一般来说，国家级大型发电站正在应用；分散式小型并网发电系统多用于住宅建筑供电，有利于光伏建筑的一体化发展。与传统的发电方式不同，光伏发电并网系统在配电前无需储存能量，降低了储存和释放过程中能耗的可能性，提高了电能的利用率。大规模光伏发电消耗的能源是太阳能，具有非常明显的优势。与传统发电模式相比，光伏发电效率更高，能耗更低；太阳能是清洁能源，发电时不会破坏环境；大型光伏发电并网供电量大，能尽可能满足公众的用电需求；光伏发电系统与建筑的有机结合可以提高建筑的使用价值和美观性。

1.2光伏发电系统简介

光伏发电主要利用光伏组件将太阳能资源转化为电能，一般采用分布式布局，作为配电网的重要补充。光伏发电系统主要包括以下部分：（1）太阳能电池方阵是光伏发电系统的核心，电池吸收光能，电池两端积累异性电荷，然后产生电势，将光能转化为电能；（2）电池组，一般为铅酸电池，存储太阳能电池方阵在光照下产生的电能，存储日照下产生的多余电能，可在夜间或雨天负荷使用。同时，所选电池组应满足放电量小、充电效率高的要求；（3）充放电控制器的作用是规定和控制电池的充放电条件，是一种能自动防止电池过充和过放电的设备，根据负载电源的需要控制太阳能电池元件和电池对负载的电能输出；（4）逆变器是将太阳能电池方阵和电池提供的低压直流电转化为交流电的设备，供负载使用。逆变器可分为独立运行逆变器和并网逆变器，光伏发电系统采用并网逆变器与电力系统连接。

光伏并网发电对电网的影响分析

2.1对负荷特性的影响

配电网的负荷特性是通过特征曲线来描述的，不同的负荷有不同的曲线形状，以电站A的实际情况为例。电站A实现了光伏并网发电，其中光伏站通过变电站的35kV电压等级连接到主网络。电站A的供电区域主要是住宅区的负荷。在用电高峰期，光伏站并入的所有电能都将被消耗掉。在用电低谷期，光伏站不仅为电站A输电，还实现与公网并网发电，基本能保证正常运行。但由于光伏站的输出受太阳辐射影响较大，晴天单峰曲线明显，下午2至3小时左右表现出良好的峰值削减特性，最小负荷移动到上午11：00左右。显然，光伏并网发电改变了配电网的负荷曲线，最大负荷点和最小负荷点移动，整体波动更加明显。

2.2对电压的影响

目前，考虑到集中供电的需要，配电网的建设一般采用辐射分布。正常情况下，网络中的电压分布规律是馈线趋势上游高，下游低。当光伏并网发电时，馈线上的传输功率无法得到有效补充，会增加各负荷点的电压。从主网侧来看，由于光伏站通常不包含无功功率，其大部分无功功率只能由主网提供，这种额外的分担显然会导致主网部分节点电压的下降。光伏并网发电对主网电压的影响可以通过监测110kV母线电压来看出。实践表明，光伏站的接入会显著降低主网的母线电压，部分负荷节点的电压偏移是不可避免的，容易导致电容器投入。此外，由于光伏电源的输出与天气、太阳辐射角、输送距离等因素有关，很难保证输出功率的稳定性。电能输入主网后，容易导致电压波动和潮流的扰乱，部分配电网甚至可能发生闪变，对主网的稳定运行产生一定影响。

2.3对电网保护的影响

传统的电力系统有一个相对成熟的保护系统，但一般不考虑分布式能源的访问。因此，光伏并网发电将引入原电网保护系统的新的不确定性，包括岛效应、短路电流改善、趋势不确定性、过流保护误动率提高等。

岛效应对电网造成了很大的损坏。如果电网在正常供电状态下立即失压，但由于光伏发电并网，靠近光伏电站的电网线路仍保持正常，即大电网中有一个孤立的小电网在运行，这就是岛效应。但由于主网失压，光伏站不能根据主网的频率和电压实现安全并网。当频率和电压大于特定值时，不能及时调整，容易对网络设备造成损坏。如果岛本身的负载容量大于逆变器，逆变器就会出现严重的过载问题，甚至造成人员伤亡。岛也会干扰重合闸机制。一旦电网出现故障，分布式电源进入的电弧未能及时识别，导致瞬时重合闸失败。另一方面，岛的运行使有功功率混乱，导致频率波动异常，开关重合闸误动可能直接连接非同步系统，造成严重的安全事故。

目前，岛屿问题一般采用切割方案，即只要电网故障，无论什么原因，所有并网光伏站都可以切断，使主网采用传统电网机制，通过传统电网继电保护系统进行故障处理。但该方案只能在一定程度上避免岛效应造成的问题，因为切割源需要准确把握机会，必须在自动重合闸间隔内完成切割。显然，切割源操作在一定程度上使原继电保护系统失去了应有的速度和可靠性。

2.4对电网规划的影响

电网规划需要根据现有的电力需求和未来的电力需求进行综合考虑。传统的电网规划是基于传统的能源发电，其传输能力非常有限。然而，近年来光伏电站的快速崛起使得大量光伏电站在短时间内实现并网发电，现有的电力系统无法应对这种爆炸性的电力增长，因此通常只能通过限电来保证电网的正常运行。传统的电网规划并没有为当前的光伏并网发电预留所需的容量，新电网由于未来光伏发电不清楚，难以与光伏并网发电同步升级，导致光伏电站的发电往往没有得到有效利用。因此，光伏并网发电进一步提高了电网规划的难度。

2.5对调度运行的影响

随着我国电网规模的不断扩大，许多地区初步实现了电网调度自动化，具有远程电能调度能力。但光伏电站输出功率受多种因素影响，输出难以保持基本恒定，输出变化难以预测，使主网功率成为动态波动值，使光伏发电调度和主网调度更加困难。目前，我国光伏电站尚未完全实现调度自动化，其电压和频率无法人工控制，大大降低了电网的可调度性和调度效果。

3结语

综上所述，科学技术的发展为新能源事业提供了坚实的技术基础，光伏发电并网技术也取得了前所未有的发展。目前，光伏发电站并网规模正在逐步扩大，并对电力系统产生直接影响。有关部门在提高光伏发电并网稳定性的基础上，应加强该领域的研究，积极引进人才，建立高水平的科研平台，优化谐波和电压闪烁现象的解决机制，确保电力系统的安全稳定运行。