大规模光伏发电对电力系统影响综述
摘要：太阳能是一种低碳、绿色、环保的可持续能源，在倡导节能减排的今天已经被广泛应用。过去，电能的发电形式主要是水力发电和火力发电。其中火力发电利用煤炭燃烧实现电能的转化，但煤炭是不可再生能源，其总量在逐渐减少。水电也有一些问题。太阳能作为一种可再生资源，对环境无污染。利用光伏发电符合人类可持续发展的要求。
关键词：大规模；光伏发电；电力系统；影响分析；
电能已经成为生产生活中一种不可或缺的能源类型，伴随其利用率的逐渐提升，传统的能源提供方式已经无法满足电能需求，可再生能源成为应用与开发的重点方向。太阳能光伏发电作为一种可再生资源，有效缓解对传统电能的需求。但由于大规模发电对整个电力系统会产生一定影响，需要全面分析，对其影响进行综述。
一、大规模光伏发电对电力系统的影响
1.对有功频率特性的影响。大规模光伏发电作为目前电力提供的一种重要方式，其所表现出的特性主要集中在以下几个方面：第一，具有随机波动性；第二，电源无转动惯量；第三，低电压时期具有无功动态特性；第四，容易产生脱网现象；第五，具有四象限控制的能力。光伏电力大伏的随机波动性会对整个系统的功平衡性带来影响，从而影响一次调频和二次调频，造成调频运动特性风险增加的特征。此外，光伏电源是一种非旋转的静止电子元件，其在工作的过程中随着交替电源的使用，会降低系统等效转动惯量，从而对系统的功率造成影响，容易产生频率急剧变化，影响运行的问题。
2.对功角稳定性的影响。功夫电源发电在其根本上自身是不参与功角振荡的，因此在其本质上应该不存在功角稳定性的问题。但是，由于光伏电源发电元件的随机波动和无转动惯量等特征的产生，导致系统在接入大规模光伏后致使电源网内部呈现潮流分布，从而对其通道内的整体电流功率造成了影响，呈下降的效果，
影响了系统内的等效惯量。此外，由于光伏电接入电网，在电网的整体形成上使其基本性能产生了变化，从而降低了电网系统内部拓扑结构的补充方式和电力传输的运行方式，致使模降低，影响系统的功角稳定性。因此，光伏网在实际故障产生的情况下经常会出现穿越能力不足引发脱网的故障，其中尤其是以集中化、规模化后更容易产生该种故障，因此在其改进的过程中必须充分的利用光伏配电站内部出场的作用，实现配电站无功补偿，有效提升系统安全性。
3.对电能质量的影响。光伏大规模的接入电网，导致电网内部电力电子元件的数量逐渐增加，提升了系统的信息化和智能化处理。但是也对容易产生污染现象，一旦产生污染现象会导致整个电网系统内部的电能质量下降。为了进一步掌握对电能质量的影响，采用逆变器开关速度为例进行深入分析，最终发现在大规模光伏发电中逆变器开关速度的整体缓慢，会对电网系统内部的整体动态性能输出带来影响，产生小范围的谐波，在外在阳光照射的因素下，会出现输出功率较低，变化幅度较大的情况，更加促进了谐波变化范围的拓展。目前，从国内外大型光伏电站运行经验中发现，单一的并网逆变器的输出电流谐波较小，但是多台并网逆变器并联后输出电流的谐波会产生叠加，从而形成输出电流超标的现象。此外，经过多年的实践工作经验，发现大规模光伏发电在日常工作过程中会产生逆变器并联的现象，该种现象的产生会导致耦合效应，从而降低并网逆变器控制回路的宽带和稳定裕度，最终产生并网电流谐波含量超标的问题。
4.对配电系统保护的影响。光伏电源接入配电网后由于光伏电源自身规模因素，其对整个配电网内部特征会产生一定的影响，从而造成继电保护和自动装置缺失的问题。根据自身工作经验和目前国内外对该方面的研究现状，其主要表现在以下几个方面。第一，大规模光伏发电网架结构在其基本组成结构上采用的是双电源、多电源等复杂拓扑结构，而该种结构的在光伏电网电力输出的过程中会使整个电网的电流产生变化，其表现形式为大小、方向和时间。因此，容易造成馈线保护失误，装置误动和拒动的故障。第二，光伏电源接入配电网后改变了配电网中原有的变压器连接方式，从而使得变压器与逆变器之间的回路产生变化，造成电路中零序电流增大，对整个电网的保护动作特性带来影响。
二、大规模光伏外送与消纳技术分析
1.现代电力输送技术。为更好地管控长通道外送光伏等波动性电源，建议选择通道沿线安装高抗、无功补偿SVG、串补等，综合不同FACTS设备的交流输送电技术，有效提高新能源的接受水平。现阶段，我国一些地区安装了该种FACTS设备，效果显著。±800kV特高压直流输电技术具有成本投入少、连接密集的直通性特点，为大规模光伏、风电等能源创造了条件。我国北方地区引进了新型直流输电技术（VSC-HVDC）构建可再生资源电网结构，进而综合不同能源，借助一定规模的资源交互稳定新能源的功率间歇性。同时，对半波长输电与分频输电特征发展空间进行分析，提出适合较远距离的电力传输。新型直流输电技术取得了不小的成就。不过，VSC直流输电选择自动电源元件因为容量小而受到制约。现阶段，VSC直流输电在远程和储存上均不及以往使用的输电形式，但在电压与传输空间上有了根本性提升。不过，在大范围下分散式光伏并网与地区可再生能源消纳范围是传统直流输电的有效补充。
2.光伏电站设计。电站的选址、建设、规划等应全面考虑建设时间、地址、空间大小。同时，注意光伏模块与逆变器数量、安装角度、选择试配的逆变装置。在连接形式与穿透率、容量、成本费用上也要着重考量。电站的空间大小设计包含光伏系统、风电系统、柴油机系统的容量规划。直观类形式无须考量光伏处理随意性特点，结合月平均最低光照能源通过公式代入。其优化途径是在机组稳定性分析方法之上注意光伏和荷载随机效果。使用函数表达式拟合系统稳定性、容量大小的关系计算，可以得出电站设计空间大小参数。此外，计算工程投入与运营保护成本、重组成本经济模型进而得出最佳解。大型并网光伏电站接线拓扑结构划分为集中式、组串式等形式，集中式是常见结构。光伏电站设计需要符合稳定、经济、安全性要求。在确定容量后应确定光伏电站设备、接线形式等相关问题。光伏的穿透功率定义为光伏占整个发电系统总发电量（或占整个负荷电量）的百分比。较高光伏穿透率将造成馈线的逆向潮流与电压问题，影响变电站电源工作。光伏电站稳定性评价能够平衡光伏发电对系统的安全性贡献，进而得出置信容量量化光伏发电容量价值，作为电力系统设计的主要标准。稳定性分析方法的原理是结合电力系统构建的参数，将光伏发电等效作为多状态常规机组，利用参数推算得到不同项目稳定性标准。
3.提升光伏消纳的规划技术。大规模光伏电站的设计和电网设计有着密不可分的联系。例如，电网设计、大规模光伏集中式并网中如果发电距离近，可以选择高压电力输送到该省电网荷载基地。伴随着光伏发电范围的扩展，如果要求接入电网消纳过程中应进行电网连接。伴随着光伏发电范围的扩大，也要做好特高压直流跨区外送通道规划，达到光伏发电大范围跨区外送。针对模式化光伏分散式并网，调节电网结构设计成为当务之急。怎样设计包含光伏发电系统的现代配电网，也是相关单位的重要研究课题。此外，光伏布点与容量等也要结合配电网设计协调。
总之，光伏发电的应用对于电力系统和城市的发展起着积极的作用，有效地减少了电能的损耗，减少污染，保护环境，还提高了电力系统的工作效率，为我国电力事业的发展奠定了坚实的基础。因此要提高光伏发电过程中的消纳源网协调技术和综合技术，合理规划光伏发电站。
参考文献：
[1]任艳.浅析大规模光伏发电对电力系统影响.2020. [2]张永财.关于大规模光伏发电对电力系统影响综述.2021.
