光伏发电系统对电力系统的影响分析

光伏发电系统对电力系统的影响分析

1张玲,2钟磊

1成都市建筑设计研究院有限公司,四川成都,610000

2中交第三航务工程勘察设计院有限公司-西南分院,四川成都,  610000 

摘要：随着社会的不断进步、发展，社会对电能资源的需求量不断提高，工业生产与人们的日常生活都离不开用电。社会的高速发展导致我国面临着能源短缺的问题，化石能源造成环境污染问题，同时为了缓解资源不足的情况。在国家战略碳中和与碳达峰战略背景下。文章中，笔者主要介绍了光伏发电系统的优势与含义，较深入的研究了光伏发电系统的应用问题,以及可能对电力系统造成的影响，通过技术手段解决光伏发电使用中的问题，从而一定程度上缓解我国能源短缺的问题。我国开始在有条件的地区推广、使用光伏发电系统。

关键词：电力系统；光伏发电；影响；碳达峰与碳中和

引言

习近平主席在2020年9月22日召开的第七十五届联合国大会上宣布， 2030年前中国力争二氧化碳排放达到峰值，努力争取 2060年前实现碳中和目标。为此，国家先后出台了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》、《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》、《2030年前碳达峰行动方案》等文件，统筹提出支撑2030年前完成碳达峰目标的保障举措和科技创新行动，同时为2060年前实现碳中和目标做好技术研发储备。为适应技术标准通行规则和国际技术法规，推动能源资源节约利用、满足经济社会管理等方面的控制性底线要求。国家市场监督管理总局和中华人民共和国住房和城乡建设部一起联合发布了国家规范《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB 55015-2021，并于2022年4月1日推广执行，指导管理工程建设项目的期察、设计、施工、验收、维修、养护、拆除等建设活动的全过程。通用规范的发布有助于实现碳中和、碳达峰战略的倡导低碳、环保、绿色生活。扎实稳步降低碳排放目标步伐，有助于引导技绿色术创新，使得提高产业和经济的全球竞争力。持续推进中国持续产业结构与能源结构调整，大力支持发展可再生能源，在荒漠、戈壁、水面、沙漠等有条件地区支持规划建设大型风电光伏基地项目，在兼顾经济发展的同时，努力支持绿色转型同步进行。

现阶段，可再生能源可以分成太阳能、水能、风能、潮汐能等。太阳能具有较好的应用效果和广泛的应用范围，受到了各个领域的推广和普及，随着光能发电形式增多，技术的不断进步。尤其是分布式光伏、光伏发电玻璃、瓦片式光伏、追光式光伏版等新技术的出现，丰富了应用场景。在碳达峰碳中和国家战略背景下，提供了生长土壤环境。极大了影响了我国电力系统的发展，推动了我国电力事业的可持续发展，有助于实现节能减排目标，从而提升我国的综合国力，促进社会的长期稳定发展。

1光伏发电的积极意义

1.1有效地减少了电能的损耗

现有技术下，电能不能大量储存，无论是蓄电池组还是抽水蓄能电站，所储存的电能在整个电网容量中的占比都是极小的。所以电能是即发即用，用多少，就发多少，电网主要是通过调度部门对发电厂侧进行调节来平衡电能供需，使得供求端时刻处在一个动态平衡之中。

实际上，传统的发电方式需要利用蓄电池来使用电能，这会导致损耗了大量的电能，暂时还无法保证电力储存过程中的安全，导致了一些安全事故发生。除此之外，使用蓄电池还会降低电能利用率。为了解决这些问题，使用光伏发电方式可以通过逆变器来处理光能，不需要使用蓄电池，就能够实现光能向电能的直接转换，有效的储存了电能，并且减少电能的释放，从而保证能源转换的效率和质量，同时保证了蓄电过程中的安全。由此可知，运用光伏发电系统，能够有效提升电力系统的利用率，助力我国电力事业的可持续发展。

1.2减少污染，保护环境

现阶段，各个领域开始广泛的应用光伏发电技术，这推动了电力系统的长期稳定发展。由于太阳能是一种可再生的清洁能源，具备可持续发展性，利用光伏发电系统可以降低发电对周围环境的影响，符合我国环保的政策要求，不仅能够节约资源，而且能够促进资源的可持续发展，促进生态环境保护的发展。

2光伏发电对电力系统的影响分析

2.1光伏发电在配电系统保护中的影响

为了满足居民日常生活和工业生产的用电需求，需要重视配电系统，必须要发挥出配电系统的价值和作用。利用光伏发电系统，可以对配电系统起着重要的作用，也能够促进配电保护系统的发展。为此，可以从三个方面分析和研究光伏发电对配电系统的影响。

其一，光伏发电能够对电网保护结构造成较大的影响。由于配电系统的电网结构较为复杂，属于拓补结构，所以在电力系统中接入光伏发电的电源，可能导致原有的电路电流被破坏，对配电保护装置造成破坏，甚至会在配送电流的过程中触发继电保护装置。应设置防逆流与防孤岛效应保护装置；

其二，光伏发电会影响到变压器本身的接入方式。通常情况下，电力变压器和逆变器具有不同的接入方式和接地回路，一旦接入光伏电源，容易产生一些接地故障，从而使继电保护装置出现变化。需考虑每一光伏瓦阵列与屋顶接闪带连接点，建议不少于2处。

正常不带电设备的金属外壳均应可靠接地,包括电缆槽盒、逆变器、汇流箱等金属外壳均采用铜芯导线与接地线连接。并应设置防止正常用电与光伏发电并列运行的措施手段。光伏组件位于屋面，应考虑直击雷与感应雷保护措施，在光伏汇流箱输出端设置直流电涌保护器,交流配电箱和逆变器输出端以及光伏监测系统线路设置交流和信号线路电涌保护器。并设置专用避雷针与避雷网对光伏组件进行保护。

其三，接入光伏电源可能改变变压器三相负载，放大三相不平衡。导致变压器处于不平衡、不对称运行状态。造成变压器的空载损耗和负载损耗增大。依据变压器运行规程规定，运行中的变压器中性线电流不应超过变压器低压侧额定电流的25%。与此同时，变压器三相负载的不平衡运行方式会导致变压器中零序电流过大，变压器的局部金属件升温增高，严重时会造成变压器烧毁。因此，配电系统中三相不平衡和低压穿越的问题应特别重视。因此我们明白，当大量的光伏系统接入公共电网配电系统的正常运行会收到极大的影响。一般情况下，以下几点措施有助于解决此类情况：1、采用低压配电网零线多点接地方式，降低、缓解零线电能损耗。2、对变压器负荷实际调整和测量，优化线路负载。3、在偏远地区，采用低压三相四线制供电的场所，尽可能创造条件的采用低压集束导线或者用3芯或者4芯电缆供电至使用端，低压线路施工中极大程度的避免出现三相负荷偏相的情况，与此同时要做好低压负荷分配工作， A、B、C三相的分布尽量均匀，避免出现线路末端负荷偏相情况。4、关于单相负荷占较大比重的供电地区，建议推广单相变压器供电方式。5、加强与当地政府规划等部门的协调、沟通, 将低压配电网的规划工作前置，使得配电网建设有序进行。

2.2光伏发电对小扰动稳定性的影响分析

其一，使用大量的光伏发电，可能会对电力系统的电流平衡性造成破坏，进而影响到电力系统的稳定性，无法确保各个电力系统的功能发挥与正常运行。结合相关调查研究可以看出，光伏发电入网会使电力系统的功率产生波动，无法保证电力系统运行中的稳定性。其二，正是因为光伏发电入网会造成不稳定情况，就会导致电力系统利用直流侧电的方式来处理问题，吸收不平衡的电流，从而导致电容储备降低，对电力系统的发电质量和效率造成了严重的影响，对日常人们生活和工业生产产生了不良影响。

2.3光伏发电的接入在有功频率特性上的影响

众所周知，光伏发电技术具有较多的特点，与传统发电方式相比，光伏发电的特点对电力系统的各方面都能产生不同的影响。由于光伏发电可能产生频繁的拖网现象，也可能会导致电源的波动和静止，就会影响到电力系统运行中的稳定，影响到电力系统的有功频率，严重时会导致调频的情况，比如产生一次调频和二次调频的情况，对电网的稳定性和平衡性造成破坏。其次，光伏发电的静止性较强，这就要求电力系统接入光伏电流后，及时进行调整和规划。一旦没有合理调整，就会导致原有的电力系统压力增加，从而损坏电源设备。在这种情况下，需要及时更换和调整电源设备，避免因为电源设备的缺陷而导致电力系统无法正常运行。由此可见，需要对电力系统进行继电保护，做好维护工作。

2.4光伏发电的接入对于电力系统电力质量的影响

电力系统中接入光伏发电电源，容易导致电流之间发生碰撞问题，对原有的电流结构造成影响，这也是由于电力系统的原有设备和光伏发电设备不适配所导致的，这会改变原有的电网结构，无法对电力系统的电流进行有效的控制和管理，使电力系统的运行效率变差，使电力系统的电压质量被降低，对人们日常生活和工业生产的正常运行造成影响，也不利于城市化的发展。除此之外，科学技术的不断发展，推动人们生活向智能化的方向发展，这就利用了大量的电子设备，并且电子设备的工作和种类都不相同，这也对电压提出了更高的要求，导致电力需求量增加，对于电力系统的安全运行要求更高了。为了避免电力系统运行中的不稳定因素，保证供电过程中的安全性和稳定性，需要做好相关处理工作，避免出现电器受损、变压器损坏、线路短路等问题。

2.5光伏发电入网对功角稳定性和无功电压的影响

大量的光伏发电并入公共电网会对无功电压、功角稳定性造成压力。从无功电压的角度来说，光伏发电具有复杂的条件，必须得有充足的光照时间，通常会在海拔比较高的戈壁和山区上建立，但是这些地区的人口与稀少，没有较大的电力需求，这就不会要求电压的稳定性。虽然技术的不断发展，促进了电力输送的发展，但是我国仍然面临着电力配送的难题，很大程度上会受到地形条件的限制，并且具有较长的配电距离，在这种情况下，通常会选择高压输电的方式，这也会对电力系统的无功平衡性造成影响，尤其是输送电力的过程中会影响到母线电压，使母线电压产生较大的波动。从功角稳定性的角度来说，光伏发电可以保持无转动惯性，当电力系统中接入光伏电源后，就会影响电力系统中原有的通道传输功率及电流潮流分布，使电流缺乏连惯性，从而影响电网系统的功角稳定性，具体可以从以下几个方面看出。其一，接入光伏发电可能使电力系统出现脱网的情况。其二，接入光伏发电会影响到逆变器的控制和处理功能。其三，接入光伏发电会使功角缺乏稳定性，产生震荡性失调的情况。由此可见，光伏发电极大的影响了电力系统的无功电压和功角稳定。

结束语

总的来说，光伏发电接入公共电网会导致对电力系统造成较大的影响，需要深入的分析、研究光伏发电可能影响电力系统的各个因素，尤其是对有功频率特性、无功电压、功角稳定性、电力质量、小扰动稳定性、配电系统保护等因素的影响分析。合理的使用光伏发电系统，通过技术手段解决使用中的重难点，可以促进城市和电力事业的可持续发展，能够节约资源，降低电能损耗，还能起着保护环境的重要作用。为了提升电力系统的运行效率，促进我国电力事业的可持续发展，必须要利用光伏发电技术。

参考文献：

[1]游开强.智能光伏发电对电力系统影响的探析[J].现代工业经济和信息化,2021,11(11):119-120.DOI:10.16525/j.cnki.14-1362/n.2021.11.046.

[2]张莹.分析大规模光伏发电对电力系统影响[J].农村电气化,2021(07):55-56+72.DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2021.07.017.

[3]孙岩.区域电网光伏发电对电力系统规划的影响及分析[J].油气田地面工程,2021,40(05):67-69.