0引言
尽管寻找新能源的工作已经有相当长的历史了，但是世界性的环境污染和能源短缺已经迫使人们更加努力的寻找和开发新能源。在寻找和开发新能源的过程中，人们很自然的把目光投向了各种可再生的替代能源，光伏发电就是其中之一。虽然光伏发电的实际应用存在着种种的局限，但是随着光伏发电成本的降低和矿物发电成本的提高以及矿物能源的减少，总有一天光伏发电的成本将会与传统发电成本相当。到时侯，光伏发电将逐步进入商业化阶段。光伏并网发电形成规模后会对电网形成什么样的影响是本文想要探讨的问题。
1 系统原理
太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组、光伏系统电池控制器、蓄电池和交直流逆变器等主要部件组成。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是：
a） 光伏电池用来进行光电转换；
b） 控制器：作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多，如2点式控制器、多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等，中国目前使用的大多都是简单设计的控制器，智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站；
c） 蓄电池：蓄电池是光伏发电系统中的关键部件，用于存储从光伏电池转换来的电力。目前中国还没有用于光伏系统的专用蓄电池，而是使用常规的铅酸蓄电池；
d） 交直流逆变器：由于它的功能是交直流转换，因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网；
e） 太阳能光伏电池板：太阳能电池主要使用单晶硅为材料。用单晶硅做成类似二极管中的P-N结。工作原理和二极管类似。只不过在二极管中，推动P-N结空穴和电子运动的是外部电场，而在太阳能电池中推动和影响P-N结空穴和电子运动的是太阳光子和光辐射热。也就是通常所说的光生伏特效应原理。目前光电转换的效率，也就是光伏电池效率，大约是单晶硅13％～15％，多晶硅11％～13％。目前最新的技术还包括光伏薄膜电池。
2 光伏发电系统并网电压等级
总装机容量在60 kW以下与60 kW～250 kW的小型光伏发电站采用集中式逆变器并入三相220 V和400 V低压运行的方式。这种变压器具有过压保护、对地故障保护、过载保护、短路故障保护等多项基本保护功能，而且能够及时地获取直流输入电压和电流、交流输出电压和电流、功率、电网频率等逆变器的运行参数
[1]。总装机容量在250 kW以上的光伏发电站大部分通过10 kV或35 kV线路并入电网运行。电厂侧装一套方向过电流、方向限时电流闭锁电压速断保护装置就能满足安全需要。安全起见，还需要找合理的位置安装低压解列及低周解列装置，一旦变电所的线路出现故障，低压解列与低周解列装置能够及时反应，将光伏电厂与系统解列，一方面使大系统侧变电所进线和电厂线的快速恢复更加快捷，另一方面能够让光伏电站避免更大的损失。
3 光伏并网发电系统不足和改进建议
3.1系统电压偏差分析
光伏发电系统在主系统受到干扰时可以进行快速切换，这是在进行系统设计时特意设置的功能，但发电功率的损失也会影响系统的稳定性。因此，电力调度部门希望光伏发电站能够克服电网干扰而维持工作。因为光伏发电靠采光进行发电的性质，决定了光伏系统受天气、季节、温度等的影响较大。而且一天中的不同时刻也会对电压输出效率产生明显影响，白天光照足，中午左右光伏电网输出效率最大，晚上光照微弱，输出功率几乎为零，因此电压的控制需要广大企业积极采取有效措施。常用的电压控制可以有两种方法实现：一是逆变器的输出侧用一个带可调的自耦变压器来实现。通过一个闭环控制系统来实现分接头的变换，能够有效控制输出电压的相位的幅度；二是利用静止逆变器输出交流电压的幅值与整流电路输入的直流电压成正比，通过改变直流电压来控制电压。这种方案对于光伏发电等类似的、系统较薄弱的电网特别有益，如VAR技术，能够在几分之一秒的时间内自动维持所规定的电网电压水平及电能质量。
3.2用于提高稳定的能源储存技术
当光伏发电系统大量投入运行时，稳定与否就成了眼前的一个棘手问题。维持光伏电压的稳定，可以采用柔性交流输电技术、高压直流输电以及能源存储技术等办法来解决，这样就能在波动功率源有效控制的基础上，兼顾电源稳定性和电能质量。解决系统的动态稳定性和短功率是安排与优化电网功率实用的运行策略，这样就能够解决主要的系统约束。以某个1 MW的光伏发电站为例，要维护系统的稳定运行，需要表一所列的一个最大功率为200 kW、具有100 kW·h容量的能量存储装置。
表1 用于电网支撑的1 MW·h可供选择的能量存储技术
|
技术指标 |
抽水蓄能 |
压缩空气储能 |
蓄电池 |
效率
% |
75 |
60 |
70 |
原件寿命
年 |
40 |
30 |
5 |
功率设备成本
×104 元·（kW·h）-1
|
1.8 |
1.4 |
0.1 |
|
×104 元·（kW·h）-1 |
0.3 |
0.7 |
0.35 |
从表1中可见，虽然这种存储装置的成本并不很低，但是功能齐全，从整个电网运行的效果来看作用重要。
3.3避免出现孤岛效应
孤岛效应是电网中一种多见的严重危害，会导致并网逆变系统和用电设备的损坏，还会给电力检修人员带来危险。按照相关规定，如果孤岛电网建设的目的是为了提高供电可靠性，那么可以保留，否则电力调度部门原则上对孤岛电网都要进行切除。防止孤岛效应的基本点和关键点是电网环节的检测，可以采取主动和被动方式相结合的方法来对孤岛效应进行检测和防止，目前相关领域通用的两种主动检测方法有：Sandia频率漂移法和Sandia电压漂移法；常用的被动检测方法有：频率或者电压继电器检测、电压谐波检测、电压相位突变检测法等。安装孤岛检测装置可以有效的解决光伏发电系统电源中的非正常孤岛，虽然主动式检测方法以及电网侧检测方法大都不存在检测盲区，但是设备昂贵，配套设施复杂，影响分布式电源的接入效率。相对于主动式检测而言，被动式检测方法不仅不会对电力系统产生干扰，而且检测费用相对便宜，但是被动式方法存在检测盲区，但如果实际运行中供给的功率不大，而且保护保护配置到位的话，用被动法检测盲区的缺点通过调整运行方式就可以完全避免
[2]。
3.4无功补偿和谐波抑制
光伏发电站功率因数约在0.98以上，基本上为纯有功输出。为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则，光伏发电站应配置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求，将电压提高，减少在输电线路上的损耗。从谐波理论和实践看，并网电流的瞬时值可以通过软件的设定调节来实现，不仅能够迅速改变并网电流的瞬时波形，而且可以实现对电网的谐波对抗。有源电力滤波器是一种可动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置。这种装置能够克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，同时实现对频率和幅值变化的跟踪和补偿，而且它的补偿作用不受电网阻抗的影响，因此，这类方法受到人们的广泛关注
[3]。
4 结语
随着新能源产业的进一步发展，将光伏电力并入到公用电网中是未来发展的趋势。但是目前受到光伏发电领域技术的限制，光伏发电能量密度低、稳定性差，调节能力较容易受到限制，发电量受天气及地域的影响较大，并网发电后会对调度运行都将造成一定影响。所以新时期的任务就是最大限度的将光伏发电的效率和质量提升到最高，在保证光伏电力的稳定性和可靠性上下功夫。另外，积极探索与光伏发电系统相适应的稳定系统、运行方式、继电保护等技术，用以改善目前光伏并网发电在运行不规范方面的问题，是目前光伏并网发电需要解决的重中之重。
参考文献
[1] 魏 磊，张伏生．基于瞬时无功功率理论的电能质量扰动检测、定位与分类方法[J]．电网技术，2004，28(6)：53-58．
[2] 刘树民，宏伟译．太阳能光伏发电系统的设计与施工[M]．北京：科学出版社，2006．
[3] 赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，等．太阳能光伏发电及其应用[M]．北京：科学出版社，2005．
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文章名称：
光伏发电系统对电网调度运行的影响
文章地址：
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