浅析分布式光伏发电并网对电力系统的影响

发表时间:2020/7/1   来源:《电力设备》2020年第5期   作者:李凯峰
[导读] 摘要:近年来,随着太阳能光伏技术的不断发展完善,以及我国政府对光伏产业的大力扶持,太阳能光伏作为绿色环保的新能源在一定程度上缓解了火力发电对环境的污染。
        (国网国际发展有限公司)
        摘要:近年来,随着太阳能光伏技术的不断发展完善,以及我国政府对光伏产业的大力扶持,太阳能光伏作为绿色环保的新能源在一定程度上缓解了火力发电对环境的污染。此外,分布式光伏发电系统还具有安装灵活,投资成本低廉,工作年限长等优势。尽管光伏发电技术存在诸多优点,但分布式光伏发电因其受阳光辐射程度等诸多因素的限制而造成的出力变化,对电网稳定运行产生了一定程度的不利影响。本文着重分析了当前分布式光伏并网对电网产生的影响,并相应提出了改进措施。
        关键词:分布式光伏;光伏电源
        1 太阳能光伏发电的技术特点以及当前发展现状
        太阳能光伏发电是利用半导体材料吸收太阳光辐射能直接发电,没有机械运动部件,发电过程无污染、无噪音,特别是其独特的模块化结构,适合任何规模的电力生产,既可以建设集中大型光伏电站,又可以因地制宜地安装小型分布系统;既可以独立满足特定目标的用电需要,又可以与大电网并网运行,是最具发展前景的新能源发电技术。相比传统发电技术,太阳能光伏发电具有三大明显优势:一是资源取之不尽,用之不竭,不受水资源的影响,是可再生的清洁能源,太阳能光伏发电的应用可节约不可再生的化石能源资源,实现节能减排目标;二是光伏电池安装建设简单,装机规模灵活,运行管理方便,没有任何运动部件,既可以利用空旷场地进行建设,也可以与建筑结合建设,几乎不需要进行运行维护;三是光伏发电的出力特性与用电负荷特性相吻合。光伏发电在太阳光照最强的中午时段出力最大,而此时也正是用电的高峰时段,可以有效减轻电力系统的调峰压力,有利于优化电力系统运行。
        目前我国光伏产业技术水平不断提高,仅在2011年我国光伏电池产量就达到了2000万千瓦,占到全球光伏电池产量的60%以上,形成了从晶体硅提纯、电池生产、组件封装、系统集成等完整的光伏产品制造产业链。我国生产的光伏电池产品主要出口到欧美等光伏电站建设较多的发达地区,出口量占到我国光伏电池生产量的90%以上。近年来,在各方面的共同努力下,我国部分企业已基本掌握了多晶硅材料的生产工艺,光伏电池生产设备的国产化能力也迅速提高,特别是多晶硅材料的国产化,大大降低了多晶硅材料的价格,加之我国光伏电池生产工艺流程的优化和技术的改进,使我国光伏电池的生产成本迅速下降,我国生产的电池组件价格一般比国际市场低30%左右,极大地提高了光伏发电的市场竞争力,也为全球光伏产业发展做出了重大贡献。
        但是,虽然我国光伏产业继续保持增长态势,产业链不断优化,但在国内产能相对过剩的背景下,我国光伏企业总体经营困难。特别是我国光伏电池产业升级困难,在当前国际光伏发电市场贸易保护加剧的情况下,我国光伏产业发展遇到了较大的困难。自遭遇到欧美市场“双反”夹击后,我国光伏产业的健康发展问题越来越受到各方关注。2019年虽然我国光伏新增装机再次同比下降,但是新增和累计光伏装机容量仍继续保持全球第一。2019年,我国新增光伏并网装机容量达到30.1GW,同比下降32.0%。尽管如此,受益于海外市场增长,我国光伏各环节产业规模依旧保持快速增长势头。2019年,我国光伏产业出口表现亮眼,实现出口额、出口量“双升”。光伏产业出口额超过200亿美元,创下“双反”以来的新高。这其中,组件出口增长最为突出,出口量超过65GW,出口额为173.1亿美元,超过2018年全年光伏产品出口总额。
        2 分布式光伏并网对电网的影响
        2.1 对配网局部电压稳定的影响
        目前我国的电网集中供电主要通过辐射的方式来进行供电,系统安全性较低。在各种配网结构中,静态和动态电压的变化都会对线路保护、系统运行安全造成影响。稳态运行状态下,电压理论上沿传输线潮流方向逐渐降低。分布式光伏接入后,由于传输功率的波动和分布式负荷的特性,使传输线各负荷节点处的电压偏高或偏低,导致电压偏差超过安全运行的技术指标。


        2.2 对电网电流保护的影响
        光伏系统很容易造成电流的短路以及短路电流的增益,并随着光伏系统与故障点之间距离的缩小,增益的效果不断地加大,一旦光伏系统的接入位置与故障点之间的距离达到一定的程度之后,就会造成误动的现象发生;如果故障点处于两点中间的位置时,短路电流的增幅相对就会较为明显,其电流主要是由根节点来进行提供的;当故障点距离光伏系统相对较远时,就会降低电流保护原有的灵敏度,不利于电网运行的安全。同时,光伏系统接入到电网当中之后,很容易造成电流的逆向短路现象,简单的说就是光伏系统的接入对短路故障点与电流保护产生一定的负面影响,不利于电网的正常运行,主要是受到光伏系统容量的影响,当容量相对较大的时候会造成保护误动的现象,并随着光伏系统接入的容量逐渐增大,保护电流就会逐渐的减小,这对上游的影响相对较小,甚至不会产生影响。
        2.3 对电能质量的影响
        光伏发电一般通过逆变器接入电网,这类电力电子器件的频繁开通和关断,容易产生谐波污染。如果分布式光伏逆变器出厂测试不达标,较差的电能质量最坏情况下会对附近发电系统、敏感用电设备、信号传输造成破坏和干扰。分布式光伏产生的谐波和闪变对电网和负荷的影响,除了以上提及的因素外,还依赖于并网点的短路容量和同一中压升变压器下并网的分布式电源总量。太阳能光伏电站的电能质量应当满足相关国家和地方并网标准,有关电流谐波和电压闪变指标应当有具体量化。
        2.4 对电网规划产生影响
        分布式光伏的并网,加大了其所在区域的负荷预测难度,改变了既有的负荷增长模式。大量的分布式电源的接入,使配电网的改造和管理变得更为复杂。并且不同的并网方式影响各不相同。离网运行的分布式光伏对电网没有影响;并网但不向电网输送功率的分布式光伏发电会造成电压波动;并网并且向电网输送功率的并网方式,会造成电压波动并且影响继电保护的配置。
        3改善措施
        3.1 加强研发光伏发电接入的力度
        加强对配电网的有效管理与控制,并对其进行实时的监控,将配电系统的监控与调度进行统一的管理。由于光伏发电系统的接入,导致配电系统的监控与调度向着复杂化的方向发展,电网安全有效运行所需要监控与管理的范围逐渐的增大,这就应该对传统的监控与管理方式进行改变。通过持续加大科研投入,攻克分布式电源并网与运行关键技术,将分布式的光伏发电系统连接的配电网质量分析与控制技术进行完善,加强电网运行的安全性与效率。
        3.2 分布式光伏发电接入技术标准
        为保障分布式电源可靠并网,以及大规模接入后电力系统的安全稳定运行,大力推进标准体系建设,着力解决分布式电源标准建设滞后的突出问题。在对分布式的光伏电源进行并网的过程当中,应该注意对技术参数与控制特点的研究,明确电网的技术要求与标准,以此来对光伏发电系统的各项功能与工作进行研究,并在此基础之上对光伏发电的技术规范进行不断地完善,并将完善的分布式光伏发电系统接入到电网之中,降低其对设备的负面影响,保障电网与设备的安全有效运行,从根本上降低电网运行所产生的风险。
        4结语
        分布式光伏发电技术是通过太阳能技术来实施的,具有安全、节能、环保、清洁以及可再生等优势,分布式光伏电源的发展,事关国家能源战略、节能减排发展全局。但由于太阳光辐射、客观环境温度等因素所造成的分布式光伏发电出力变化,使光伏电源并网对电网产生一定程度的负面影响。未来,电网企业应加大科研力度,做好光伏电源并网研究,并完善相关技术标准,从根本上加强我国对这一新技术的应用,推动光伏电源科学、有序、持续健康发展。
        参考文献:
        [1]宋焕如,分布式光伏发电并网现状及案例研究,《硅谷》,2013(09):125-125
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