光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析

国网宿州供电公司 朱晓露 曹飞翔 赵 琛

光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析

国网宿州供电公司 朱晓露 曹飞翔 赵 琛

随着我国经济建设速度的加快,人民群众对于电力的需求越来越高.笔者深入研究了光伏并网发电系统对电网所造成的影响,并且仔细地分析了电网运行的安全程度和配电网以及电网调度运行等环节造成的影响,而且详尽地描述了光伏并网发电系统接入之后的电网想要平稳可靠地运转需要满足的要求,希望能够为相关工作人员提供参考.

光伏并网发电系统;电网;配电网;电网调度

1 光伏并网发电系统对电网的影响

1.1 影响电压质量及其控制

光伏并网发电系统能够直接地影响着高压输电网以及配电网的电压质量及其控制,日光照射能够在很大程度上左右着光伏并网发电系统的功能,如图1所示,环境温度、太阳能光照强度对光伏发电系统的影响十分强烈.此外,光伏并网发电系统的发电量没有固定的规律,如果想要调节电压凭借投切电容电抗器的话,就必须在配电网中来进行.目前来看,其动态无功调节设备还不是具备的非常充分.如果电网内总发电量里的光伏并网发电系统的发电容量比例非常大,那么就会使得电网正常工作时更加不容易调节电压,如果电压调节失当就会出现问题.另外,光伏并网发电系统对系统电压的作用效果的关键在于安装位置、容量大小等.

图1 某光伏发电输出有功功率曲线

1.2 谐波污染

谐波出现的时间一般是光伏并网发电系统的直流电通过逆变转变为交流电并入电网的时候,谐波污染也就会同时出现在交流电网中.

如果滤波器的具有优秀的设计水平,那么即使电网内的光伏并网发电系统并没有太大的规模,当由直流电转换为交流电时所造成的高次谐波对交流电网进行的谐波污染通常也都可以把控在能够让人接受的范围内.不过,在将来光伏并网发电系统的应用方向越来越广,再加上发电容量占电网内总发电量的比例越来越高的时候,关于谐波方面的管理应该受到一定的重视.一旦管理出现问题,许多谐波源的能量就会进行叠加,容易出现让电能难以承受的谐波含量.除此之外,若是系统里具有的谐波源非常多,其可以从系统中对高次谐波的功率谐振进行很好的激发.

1.3 用户用电质量中的孤岛效应的影响

如果供电在电力公司中遇到了状况,各用户端的太阳能并网发电系统非常容易与四周的负载,一个令电力公司难以控制的自给供电孤岛也就形成了,也就是孤岛效应.随着光伏并网系统逐渐增多,孤岛效应也变得越来越常见.通常来讲,孤岛效应会导致下面几种情况的出现:(1)供电得到重新回复的时候,电网用户会因为相位不同步而受到冲击.(2)电力孤岛区域不具备可靠稳定的供电电压和频率.(3)将太阳能并网发电系统转变为孤岛方式运转的时候,若是储能元件不存在于供电系统中亦或其容量太小,也会使得用户负荷出现电压闪变的情况.(4)原来的配电网被与太阳能供电系统脱离之后,其原来的单相供电方式也许会导致其它配电网内产生三相负载不对称的现象,这都会对其它用户的电压质量造成严重的损害.

2 在电网安全运行中光伏并网发电系统的作用

2.1 对电网电压及其稳定性的作用

在电网内总发电量中的光伏并网发电系统的发电容量比例慢慢增加之后,不仅能够对配电网里面的电压把控造成阻碍,也许还会阻碍到高压电网的电压特性.严重的,则会使得电压稳定性出现状况.比如,某大区电网的重负荷区内设置了相当多的光伏发电系统,因为这部分区域的日照特性没什么差别.如果此地区的日照产生较大的变化,因为太阳能功率大幅度地降低,就会使得此地区产生相当多的功率缺额.如果缺额巨大,就能够对此区域的总体电压质量甚至电压稳定性造成不好的影响.

从这一点来说,就算以后要加大力度推广光伏发电,在负荷中心处,也应该对此类发电系统占据的比例实行恰当的把控.

2.2 对电网频率的作用

在电网内总发电量里的光伏并网发电系统的发电容量比例慢慢增加之后,因为其发电存在一定程度的随机性,所以也许会使得电网内的频率经常产生波动,若是系统内的一次调频机组大量使用火电机组,就可能直接决定着汽轮机叶片的应用年限.不仅如此,为了将来可以有效地接受光伏并网发电系统发出的大容量的电能,电网内一定道具有充足的调峰电源,而且人们也应该重新思考传统的电网配置是否可行.

2.3 孤岛系统内的电压以及频率的稳定性

绝对忽视一个问题,那就是如果孤岛效应出现在了系统中,而且此孤岛并没有准备蓄电池,如何才能让此孤岛系统内用户的频率以及供电电压足够的安全与稳定,这就成为了光伏并网发电系统中应该着重思考的一个问题.

3 光伏并网发电系统对配电网的作用

3.1 继电保护

配电系统属于电能传输链的最后位置,所以其电压等级总的来讲相对较低.在光伏发电系统投入实际应用之前,如果不算上局部区域具有的一部分零散的小煤电、小水电,电源通常不存在于配电系统中.换句话说,现在常见的配电网络一般都是放射型的,潮流的流动不是很多样化,转移电流的情况不常见.

如今正在大范围的应用许多先进的发电系统,双向流动的情况经常存在于配电系统中线路上的潮流中.之所以出现这种状况,是因为系统不可能因为新添加的发电系统,而将现有的继电保护体系进行大幅度的改变.如果光伏并网发电系统与原来的继电保护没有办法进行有效的调节并互相配合,亦或是别的并联分支元件出现状况,那么就会导致安装有光伏并网发电系统分支上的继电器误动.不仅如此,在光伏并网发电系统的功率连入电网的时候,一般来说,会使得之前的继电器保护区减少,这也许会导致继电保护装置运转的不顺利.

3.2 供电可靠性

在一定的情况下,光伏并网发电系统还能够对电力系统特别是位于网络最末端的配电系统的运转可靠性造成不好的影响.比如,当它所在的交流系统无法供电,又赶上日光照射强度减弱的时候,那么光伏并网发电系统也没有办法进行补救.如果将这一点考虑进去,光伏并网发电系统也许未必可以让配电系统的供电更加安全可靠.除此之外,配电网的可靠性也会因为不合理的光伏并网发电系统安装地点、与电网的相连的方式和配置容量而降低.比如,如果它没有与配电网本来的继电保护进行良好的配合,那么也许会导致继电保护出现失误动作,让电网运行的可靠性下降到难以令人满意的程度.

3.3 实时监管、把控和调整配电系统

本来的配电网通常是一个无源的放射形电网,与高电压等级电网比较而言,它的开关操作、信息采集、能源调度等还是比较便捷的,配电系统的实时监管、把控和调整一般是让供电部门进行统一的执行.而当光伏并网发电系统连接之后,就会让此过程更加繁复.应该增补什么信息,这部分增补的信息属于控制信息还是监视信息,由什么人来执行等,都应该按照光伏并网发电系统的并网规范进行新的审查.

4 电网调度运行受到光伏并网发电系统的作用

4.1 断面交换功率的控制更加困难

光照强度等环境气候能够直接地影响着光伏并网发电系统,使得其向交流电网传递的功率一直在不停地变化.若是某一输电断面的某侧电网内的光伏并网发电系统的容量比较大,可能就会使得此输电断面的功率产生波动,这会影响到断面两侧系统间交换功率的稳定把控.

4.2 短期负荷预测难度增加

电网发电计划在之前的发展,特别是日发电计划,对负荷的精准预测是其主要依靠的方式.通常情况下,当地的一部分负荷可以被光伏并网发电系统产生的电能就地平衡掉.气候在很大程度上决定了光伏并网发电系统的发电量,这就导致电网的总体负荷总量存在难以预料到的变化,进而让电网的发电计划,特别是日发电计划的确定遇到了相当大的困难.

5 光伏并网发电系统接入后的电网平稳可靠运转造成的研究需求

在电力系统中接入数量庞大的光伏并网发电系统后,从影响电网的角度来看,其一般存在如下的研究需求:(1)系统电能质量受到了影响.(2)对局部电网内电压以及频率的稳定性产生了影响.想要保证电网安全运行,还需要从以下几方面来进行研究:光伏并网发电系统的孤岛效应检测技术;太阳能光电池的最大功率转换追踪控制技术;光伏并网发电系统重新回复供电时的相位同步技术.另外,科学合理地对光伏并网发电系统接入电网后的相关科研手段进行探索的手段也包括下面几点:分析光伏并网发电系统各个组件和它对应保护控制的数学建模方式,构建恰当的电网动态以及静态研究的光伏并网发电系统模型,而且落实在现有的电力系统仿真软件中;在钻研电磁暂态时,适当地挑选待研究系统规模、实行系统化简或等值,这其中就包含配电网以及外部网络的化简或等值;在涵盖大规模光伏电站的电力系统中,钻研如何通过晚上对光伏电站的监管来优化电网的运行的平稳与可靠性;钻研涵盖小规模配电系统和大规模光伏电站的电力系统中,关于光伏电站的监管和把控方面的科技.

6 结语

综上所述,笔者在本文中主要就光伏并网发电系统对电网的影响以及其相关需求的分析进行了详细的阐述,希望本文的论述能够为同类研究提供一点儿意见上的参考,不足之处,还望同行能够给予斧正.

[1]陈炜,艾欣,吴涛,等.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备,2013,03(10).

[2]刘建涛,张建成,马杰.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电网与清洁电能,2011,07(25).

[3]刘谋君.光伏并网发电系统对电网的影响分析[J].科技创新导报,2014(11):131.