光伏发电入网对电力系统的影响

引言：本文采取了变步长追的战略保证光伏发电系统能获得最大的输出功率。把单独的光伏系统进行并网的结果会导致电网的电压和频率发生变动。为了避免这种情况的发生，并且能够充分发挥其高效、无污染、可再生的特性，本文提出将光伏发电并网系统的原理和特点进行了详细分析，阐述了光伏发电对电网造成的主要影响，以及阐述这些影响的主要原因。

一、前言

随着社会经济的进步，对于能源的需求日趋紧张，如今煤炭和石油资源都在大规模开采，随着时间的延长这些不可再生资源都会面临枯竭，这也就代表着全国经济将会陷入困境。同时这些不可再生资源的使用会排放出一些有害气体，这些有害气体的出现直接对大气层造成破坏，当今全球温度变暖就是由这些温室气体的排出造成的。所以针对当今全球环境问题的出现，各国都在研究新型能源，希望可以取代不可再生能源的利用，其中包括水能、风能、核能、潮汐能、太阳能等。本文着重介绍下对于太阳能的利用，光伏发电并网技术的组成以及优势，同时会对电力系统造成哪些影响。

二、光伏发电的发展历程

随着科学的发展对资源利用的改革，从开始使用太阳能开始到现在已经有了近十几年的发展，并且平均增长率保持在15%，持续对光伏的利用已经是一个趋势，20世纪90年代后对这一领域的研究达到了另一个高度，已经平均增长高于30%了，1999年的时候对光伏组件运行达到了200MW。各国家对这一行业都在进行着研究，并且投入资金和精力来研发新技术，争取运用全自动化程序运行减少人员使用来降低成本，现在这一领域已经取得了很大进展。世界对这一领域的研究和调查后发现2011年的光伏发电装机已经达到了17.7GW，比去年增加了近67.4GW，由于能源日趋紧张，对光伏新能源的利用已经成为世界第三大新能源。我国的光伏电网截止到2012年9月已经达到271万kW，发电量25.2亿kW，这一结果代表着我国的光伏产业已经迅速发展。对于光伏的研究还在进行，与12年10月26日又起草了新的方案，这一方案解决了大众存在的问题，还会开放一些免费项目，针对多于的电量进行回收，这新方案的发布代表着我国的光伏产业又进步了。

三、大容量光伏发电并网系统的组成

1.光伏阵列

光伏发电是利用光生伏大效应将光能转化为电能，单个的光伏电池因为其输出的电压和电流都不能达到标准，并且功率太小，所以导致了其并不能在大规模的发电中得以应用。因为这个原因，通常状况下是多个光伏电池通过串联、并联将其整合成阵，通过这种方式来获得能够符合标准的发电装置。

在这当中，VPV所表示的是光伏阵列阵的输出电压;IPV用来表示光伏阵列的输出电流;其次Iph表示光生电流源电流;而Is是二极管的饱和电流;q用以表示电子电量常量，为1.602e-19C;而k为玻尔兹曼常数，为1.38e-23J/K;T表示光伏电池工作的绝对温度值;A为二极管特性拟合系数，把数值控制在了在1～2之间;还有Rs为光伏电池串联的电阻，Rsh为光伏电池并联电阻，而NS表示串联的电池数和NP为并联的光伏电池数。

2.斩波器

在采用双级并网的过程中，为了满足后续逆变器输入电压的的范围要求，必须采用斩波器来实现直流电压的升降。由于光伏列阵的输出电压是低于要求的，所以通常情况下都是采用了升压斩波器。

3.逆变器

光伏发电系统中，逆变器的作用不仅仅是把直流电能转换为交流电，同时也起着改善输出性能的作用。由于pwm类型的逆变器的电路相对简单，同时输出电压的波形谐波含量相对较小，因此在选用逆变器的时候通常来选择PWM式，这是由PWM调制的工作原理决定;P代表调制度，表示逆变器控制系统的调制信号;VAC代表逆变器交流侧基波线电压有效值;VDC表示逆变器直流侧电压，双级式光伏发电系统中，即为斩波器输出电压。

四、大容量光伏并网发电原理与特点

1.大容量光伏并网发电原理

太阳能光伏发电的主要原理就是根据光生伏打效应，利用太阳能电池板对光子进行吸收，从而会有电动势的产生，这样就可以进行发电过程。对于大容量的光伏发电站，整个系统的组成就是一个集群，在这个集群中的逆变器是并联使用的，这样就可以保证每个逆变系统之间的单独运行，根据运行状况的不同，各台逆变器和变压器可以有多种投运方案，进而解决了在低日照情况下变换效率的问题。

2.大容量光伏发电的特点

太阳能是可再生的能源，也是清洁能源之一，但是在光伏发电过程中经常会受到环境温度、太阳光照射强度等多方面的影响，所以光伏并网发电最大的特点就是随机波动性。无论分布式还是集中式发电，光伏并网系统都会有削弱峰值负荷的特性，这是太阳能发电相对风能发电的一个优势，这样也可以确保太阳能所转换的电能存储到存贮器内，所以说在未来很长一段时间内，光伏并网发电技术将会是一个重要能源趋势。

五、光伏发电入网对电力系统的影响

1、负荷峰谷对电网的影响：目前来说，光伏并网发电的方式暂时不具备调峰和调频的能力，这就造成了在早晚两个用电的高峰期将会对并网发电系统产生了巨大的冲击。所以仍然需要大量的传统发电系统的旋转发电机来保证用电高峰能够正常供电。

2.昼夜变化带来的影响：时差以及季节变化都会对于电网产生非常明显的影响，阳光照射所出现的周期性变化仍然导致电网装机容量有着较高水平的需求。

3.气象条件的变化带来的影响：当光伏并网在一个城市形成一定的规模时，如果出现地理现象突变的情况发生，城市电网仍然能够为其提供能够满足其需要的区域性旋转备用机组来调控并网发电，但是在这种情况下，必然造成会付出大量的经济代价来维持其正常运行。

4.远距离光伏电能输送带来的影响：目前，已经验证了建立光伏发电网，并且远距离的进行电力输送已经完全可行，但是，目前存在的问题是光伏并网发电并没有旋转惯量、调速器及励磁系统，所以仍然存在着不稳定的问题，如果采取光伏并网的形式来实现高压送电，这将会给与光伏发电直流输电系数相邻的交流系统带来稳定和经济问题，而专门用于光伏并网发电的输电线路，由于负荷率低下，显得很不经济。

参考文献

[1]李春鹏，张延元，周封.太阳能光伏发电综述[J].电工材料，2006。

[2] 毛亮.我国发展太阳能光伏发电的必要性及技术分析[J].科技传播，2011。

[3] 连瑞瑞.太阳能光伏并网发电系统研究[D].郑州：河南农业大学，2012。

（作者单位：国网山东巨野县供电公司）