光伏发电系统对电力调控的影响祝彬

光伏发电系统对电力调控的影响祝彬

祝彬

（中国电建集团华东勘测设计研究院浙江省杭州市311122）

摘要：随着我国经济的发展，能源与资源的消耗对环境的影响日益严重，光伏发电作为清洁能源其开发利用显得日益重要。光伏发电系统具有资源普遍、无污染，设备可靠，维护简单并受地域条件限制小的特点。并且，我国太阳能资源十分的丰富，排除西南以及黑龙江边境地区外均为高太阳能资源区，这对发展光伏发电系统十分有力。同时，光伏发电也存在着诸多问题，如功率输出不稳定，可调度性差，并具有间歇性发电和随机波动性变化的特点。这些都对电力调控造成一定影响，对电力调控工作的管理与操作提出了一定的挑战。

关键词：光伏发电系统；电力调控；影响

一、光伏发电的概念及工作原理

（一）光伏发电概念

光伏发电是指利用半导体发展技术中的光生伏特效应将自然光转化为电能的新技术。光伏发电的主要是由太阳电池板、控制器和逆变器三大部分组成，利用电池串联的原理将三种材料连接成太阳电池组，后期运用功率控制器等促进光能转化，最终形成光伏发电设备。

（二）光伏发电的工作原理

光伏发电的工作原理主要利用半导体的光电效应将光能转化为电能。光伏发电装置中的半导体的主要组成部分硅原子和硼原子。这两种原子具有较强的电子吸附功能，将太阳光中的正电荷离子吸附在半导体上，然后将运用光波和光能量转化为电能量，最终形成电流。目前，我国大规模使用的光伏发电装置通常采用多硅晶，这种多硅晶中融合了硅原子和硼原子，并且还拥有少量的磷元素，经过燃烧板结后应用于光伏发电系统中，促进我国电力实业的进一步稳定发展。

（三）光伏发电的优点

光伏发电是一种新型发电手法，这种发电手法与常用的火力发电系统相比具有一定的优点：其一，光伏发电是利用太阳光产生的新能源，因此这种能源不存在枯竭，為人类发展提供源源不断的发展动力来源；其次，光伏发电主要利用物理的光伏特效应进行发电，因此发电过程不会产生“附带品”能够保护环境，避免环境污染源的产生，保护了环境；其三，这种光伏发电的应用原理——能源的产生根源是太阳光，通过物理原理将太阳光中的能源转化为新能源，具有较高的质量保障。我国电力企业中大量应用光伏发电主要原因是光伏发电的产生和应用上都存在其他能源无法比拟的优势，促进我国电力事业的进一步发展。

二、光伏发电技术的概述及对电力调控的影响

（一）影响无功电压的特性

光伏发电系统本身是依靠太阳能资源产生电能，日照越充足产生的电能才越多，基于这一运行特点，国内很多光伏发电系统在建立之时都会选择海拔高、日光足的地方，比如像戈壁滩或者沙漠等处，或是其他人烟稀少的“无人区”。这些地段由于位置偏僻，电能的需求量少，相应的电系统负荷也不需要太高，因此也使得国内的光伏发电系统存在一个常见现象，就是以光伏发电系统供电的电网其短路容量很低。

因为光伏发电系统需要日光充足的地方，而其产生的电能都需要用远距离高压输送到千家万户，在这一运输过程中，电能就可能发生随机波动，对于电网运行的无功平衡影响很大，因为随机波动的有功出力会穿越近区电网和长距离的输电通道，从而对无功平衡产生冲击，使得电网的整体平衡性都受到影响。

（二）系统电能质量方面

电网的电能质量主要体现在电压、频率以及波形。而光伏发电系统其自身的工作原理决定了其此方面的缺陷性。当并网光伏发电站并网或与系统解列时，其有功与无功功率的变化均会对电网造成冲击。同时其内部光伏发电组件的启停也会造成输出的改变，从而影响电网的电能质量。而且在光伏发电产生的直流电源逆变成并网所需的交流电的过程中，将会产生大量的谐波污染。随着光伏发电在系统中所占比例的提高，其自身发电所具备的随机性与不稳定性导致电网内的频率出现经常性的波动。并且此时光伏发电产生的谐波经过能量的叠加，有可能超出系统可承受的范围。而且，系统中多个谐波源互相的影响还可能造成谐振，进一步危害大电网的安全运行。

（三）孤岛效应的引发

孤岛效应是指在电路上，某个区域明明有电流通路但实际却没有电流通过的现象，具体表现为电网已经失压，但发电系统仍就对电网中的邻近部分线路进行供电。这就是电流系统中所谓的孤岛效应。在当前，国家的光伏发电应用正在逐渐扩大，并网光伏电站的数量正在增加。孤岛效应发生的概率也在随着电站的增多而增多。其不仅会对光伏发电站本身的设备带来极大的损害，同时也会让大电网的损害进一步扩大为灾害事故。比如，处于孤岛效应的电流通路虽然没有电流通过，但本身还处于供电状态，因此会对供电公司的现场检修人员造成极大人身安全隐患，极容易引发人身财产损失。因此电网调控中心应当做好相关工作来保障电网的安全稳定运行。

（四）调控管理方面

由于光伏发电系统运营人员不太同于原有的大型国有发电企业，其自身的需求具有一定的灵活性，并会因此出现根据其自身需求并、解列机组的情况。同时由于其自身发电原理的所受自然条件的影响，使其充满了随机性与不可控性，都使得配电网侧的能力管理增加了新的问题，也加大了调控中心调控力度的实施难度，并且随着大型并网光伏发电站的增多，其直接接入的电压等级也在提高，电网调控的管理也产生了新时期的挑战。

三、心调控，确保电网安全

（一）合理应用电力法律法规

尊重科学发展进步的脚步，遵守电力市场的规律规则，结合光伏发电的自身特点与本地电网特有的运行情况，制定切实可行的电网调控管理办法，使自身的工作具有合理性与合法性，同时兼顾本地电网运行的特殊性，实现精心调控，优化调控，与时俱进，确保安全。

（二）电网结构上的技术增强和优化

光伏发电的优势在于其作为清洁能源的独特性，而缺点则是受环境、天气等因素影响而带来的巨大的不稳定性与不确定性。要解决这一问题，电网机构的科学合理与否很关键。电网结构是否符合当前能源发展的需要决定了光伏能源与电网之间的兼容状况，因为在能源技术中，电网是其介入的基础，电网的坚强程度会和能源技术的介入状况产生最直接的关联。所以加强电力调控很重要的一个因素便是本地光伏发电的规模与分布情况的掌握，如果调控部门能够合理的调整电网运行方式，让继电保护可以展开合适的配合，那么对于电网运行就能起到一定程度的改进作用，从而在运行上让光伏发电系统产生更好的供电能力，让电力企业做好更好的供电服务。相关行业还应积极对直流输电和柔性交流输电技术进行研究，提升相应的供电效率，加强光伏发电系统的短路功率与动态稳定，针对这些方面不断优化能源存储技术，在光伏发电的发展之路更加健康安全的同时，也让电网本身的运行能够趋于平稳。

四、结论

光伏发电作为新能源和清洁能源，是国家出于社会环保清洁考虑而在未来将要主力推行的能源产业。目前的光伏发电因自身工作原理、系统结构等问题，在具体的使用投入中还没法做到十全十美。但在清洁能源受到重视的当下，光伏发电系统也存在着极大的发展空间。在发电系统逐渐进步的将来，其自身的电力调控问题一定能被有效解决，让供电产能有效提升，在电力时代中发挥出更大的作用。

参考文献

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