大规模光伏发电对电力系统影响综述 李传发

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第36期   作者:李传发
[导读] 摘要:电能作为一种广泛意义上的清洁能源,目前,其在我国国民生产、生活中占据的地位越来越重要。
        (云南红河电力设计有限公司  云南蒙自  661100)
        摘要:电能作为一种广泛意义上的清洁能源,目前,其在我国国民生产、生活中占据的地位越来越重要。对于大规模光伏发电机组,其产生的电能要想发挥作用,就必须并入电网,但在此过程中,经过实验和实践发现存在一定的问题,主要为大规模光伏发电并入电网后对电网系统造成了一定的影响,需要对此问题进行深入研究,从而促进电网系统的有效运行。本文介绍光伏发电并网系统的概述,阐述大规模光伏发电对电力系统的影响。
        关键词:大规模光伏发电;电力系统;影响
        社会经济的不断发展给人们带来诸多便利和好处的同时,也使得我国经济发展面临着资源枯竭、环境污染的不良境地。同时,社会经济的不断发展对各种清洁能源、可再生资源的需求量愈来愈高。例如,很多国家都开始应用太阳能以及风力等进行发电,确实发挥了良好的经济效益。作为一种新的发电方式,光伏发电的应用使得人们对电力系统的调度和控制工作等也更为重视。
        1 光伏发电并网系统的概述
        光伏发电并网系统就是利用相应的光伏电池方阵产生电流,然后将所产生的电流送入变压器和逆变器,根据实际的电网需求,将电能输送到公共电网当中,其中不需要经过蓄电池对电能进行储能,在这样的情况下,电能不需要经过相应的储能和释放,能量的消耗程度就会在最大程度上降低,进一步提高了电能的利用率, 其中光伏数组能够将太阳能转化成高压直流电,逆变器能够将这些电流转换为正常的正弦交流电,一般情况下,光伏发电并网具有以下几种优势:(1)提高了电能的利用效率;(2)光伏发电系统的收益较高,能够在一定程度上缓解用电紧张的局面,且清洁环保;(3)光伏发电并网系统的占地面积较小;(4)光伏发电系统与建筑物相互结合,也能够增加建筑物的整体美观性。
        2 大规模光伏发电系统的建模
        2.1 光伏电池及其阵列建模
        光伏电池是基于单二级管模型的光伏电池等效电路,并基于KCL的基础上得出光伏电池数学表达式。工作人员可以利用光伏电池供应商提供的技术参数短路电流、最大功率点的电流以及电压等,得出大规模光伏系统计算模型的表达式。而光伏阵列集成模型也可以根据光伏电池模型,或者串并联的组合等得到。光伏电池及其阵列模型的形成过程中存在着很多问题,包括光伏组件之间存在着差异、逆变器某型有问题等。
        2.2 换流器以及内环控制模型
        换流器作为光伏发电系统中的重要组件,它决定着光伏发电单位的状态和其他并网特征。而内外环结构的控制方式是当前换流器的主要使用方式,就内环控制来说,主要将外环所控制生成的电流通过变流器输入进电网络系统,内环主要以电流输出为主。在换流器及内外装置的设计过程中一般采用解耦控制策略,工作人员将换流器机电暂态某型下的电压、电流等进行解耦处理,并将这些信息添加到内环控制过程中。我们对换流器及内外环控制环节进行简化能够有效的促进模型更好的被使用,就外环控制某型来说,工作人员要根据电网系统对光伏发电系统的要求进行设定,从而实现换流器的并网功能。换流器及内环控制机电暂态的简化模型框。
        2.3 光伏发电动态模型
        工作人员先要采用方程组法构建大规模光电发电系统中的各个状态性方程,同时得到联合的方程组。在此情况下,大规模光伏发电系统的动态模型也就被建立起来。
        2.4 光伏发电系统模型
        这里所说的模型是一种稳态模型。光伏发电系统是通过逆变器接入电网的,工作人员可以在这个过程中测算出 PV 节点以及PI 节点等。同时,还可以建立含变压器等在内的问题模型的方程等。总之,大规模光伏发电系统的运行需要多个模型的控制。工作人员要综合考虑光伏阵列、换流器的组合方式以及变压器的参数等,并结合全过程的防真模型,做好并网分析。


        3 大规模光伏发电对电力系统的影响
        大规模光伏发电系统的应用,极大地优化了我国的电力系统,提高了电力系统的应用效率等。下面从几方面对大规模光伏发电对电力系统的影响进行探讨。
        3.1 对系统无功电压特性的影响
        一般来说,大规模光伏发电都是在戈壁或者荒漠地带进行的,这些地区负荷水平较低,接入地区电网短路的容量较小,大量电力都是通过高压输电网络进行外送的。这个过程将对电网电压的特性产生影响,母线电压也会因此产生波动,使得电网系统出现电压失去稳定的风险。同时,在某些地区,大规模光伏发电系统的接入会使得电网原有的网架结构发生改变,进而影响电压的质量。
        3.2 对功角稳定性的影响
        一般来说,光伏电源是静止的元件,并不参与功角的振荡。但是,大规模光伏接入系统之后,会使得电网原有的潮流分别发生改变,系统的等效惯量会减小,进而使得电网的功角稳定性发生变化。当然,这种变化有可能是良性的,也有可能是恶性的。大规模光伏并网过程中可能会发生某种故障,影响电网的穿透能力,进而导致脱网现象发生。
        3.3 对电能质量的影响
        电能质量是电网运行中十分重要的考核指标,在大规模光伏发电系统接入到电网系统中之后,相当于对原电网系统中的电源结构进行了相应的扩充; 另外由于光伏发电系统的规模和数量存在着一定的差异, 在这样的情况下,会对电网的网架结构产生一定的影响,使其出现相应的变化,这样的变化会使电网的潮流分布难以得到控制,相应的电网系统中的电压质量就会降低, 影响了用户的用电体验,同时,由于目前电网系统中用户所使用的电子器件的数量正在不断的增多,电能的消耗程度正在不断的增加,给电力系统的运行造成了一定的负担。
        3.4 对有功频率特性的影响
        大规模光伏接入导致频繁的随机波动,不利于维持系统的有功平衡,从而影响电网系统的运行特性。而且,电力的频率质量越低,风险也会进一步加大。同时,光伏系统大规模接入之后,系统的等效转动惯量会降低,系统的应对功率就会波动,进而会影响到系统的有功频率特性。
        3.5 对配电系统保护的影响
        在电网系统当中,为了保证电网系统的正常运行, 需要相应的保护装置来对电网设备的安全稳定运行进行保护, 在大规模光伏电源接入配电系统之后,配电系统的电网运行情况就会发生相应的变化,相应的配电系统的故障特征也会发生一定的变化, 在这样的情况下,配电系统中保护装置的作用就不会得到充分的体现,比如在大规模光伏发电系统接入电网系统的时候,网架结构会转化为双电源或者多电源的拓扑结构,电网系统中的保护装置会发生误动或者拒动的情况,这样会对电网系统的运行产生一定的影响。
        结束语:总之,大规模的光伏发电解决了我国电能供应的紧张状况,同时还实现了生态环境的保护和可持续发展的战略要求。为了实现大规模的光伏发电,突出光伏发电的优势地位,就要对光伏发电的机组进行详细的分析。对接人电网前、接入电网时、接人电网后的各个阶段的具体情况进行分析。更好地实现光伏发电的功能,提高可再生资源的利用率。加大对光伏发电的项目研究力度,早日形成科学有效的光伏发电系统,以达到满足各行各业对电力需求的工作目标。
        参考文献:
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