王 歡
（國網(wǎng)湖北省電力有限公司超高壓公司，湖北 武漢 430050）
0 引 言
大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)是指將大量光伏電池組成的光伏電站接入電力系統(tǒng)，利用光能轉(zhuǎn)換為電能進行發(fā)電的系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要借助半導體界面的光伏效應將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。通過對光伏電池進行串聯(lián)管理、施加隔離保護、安裝電流傳感器，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)吸收的太陽能順利轉(zhuǎn)化為電能。大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)具有清潔、環(huán)保、資源豐富、分布廣泛等特點，可以有效減少對化石能源的依賴，緩解能源緊張壓力，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。通過采用大規(guī)模光伏發(fā)電，不斷提升對光伏發(fā)電調(diào)度管理和安全設(shè)計的控制力度，充分發(fā)揮光伏發(fā)電的應用優(yōu)勢。隨著光伏技術(shù)的不斷進步和推廣應用，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)將逐步成為未來能源發(fā)展的主要方向之一。
1 大規(guī)模光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響
1.1 質(zhì)量影響
由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率隨著太陽輻射強度的變化而波動，因此光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入會對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。特別是在光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入容量較大時，電網(wǎng)電壓的波動會反過來影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出，從而影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)后，其瞬時功率響應也會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生影響[1]。瞬時功率響應不足會導致電力系統(tǒng)中的設(shè)備熔斷或停機，而瞬時功率響應過大則會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。并且光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流具有諧波等非線性特性，因此其接入電力系統(tǒng)后會對電力質(zhì)量產(chǎn)生影響，如引起諧波污染、電磁干擾等。
雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)可以加快電力系統(tǒng)的輸電速度，但在并網(wǎng)過程中可能會產(chǎn)生諧波電流，導致電流波形穩(wěn)定性不足。由于諧振效應，電容器容易出現(xiàn)深度諧波失真問題。接入分布式光伏電源后，電力系統(tǒng)中的諧波成分會增加，諧波污染也會增加，對電網(wǎng)產(chǎn)生一定影響，甚至可能導致電能質(zhì)量下降。
1.2 穩(wěn)定性影響
由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率與太陽輻射強度有關(guān)，因此其接入會對電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[2]。特別是在光伏發(fā)電系統(tǒng)接入容量較大時，其波動會導致電網(wǎng)頻率波動加劇，從而影響電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性。并且大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入還會對電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后，由于其輸出功率的變化具有一定的時間常數(shù)，因此會導致電力系統(tǒng)的振蕩頻率和阻尼變化，從而影響系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。此外，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或停機，則將導致電力系統(tǒng)的供電能力下降，甚至可能導致系統(tǒng)崩潰。2011 年，德國的逆變器發(fā)生大規(guī)模故障，導致500 萬kW 的光伏電站瞬間停止發(fā)電。這次故障引起了對光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性的廣泛關(guān)注，促進了逆變器技術(shù)的改進和電力系統(tǒng)對光伏發(fā)電的管理。
1.3 運行效率影響
由于光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)后，電流的傳輸距離和功率的分配方式發(fā)生了變化，因此會影響電力系統(tǒng)的損耗率[3]。大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入還會對電力系統(tǒng)的運行成本產(chǎn)生影響。一方面，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后可替代一部分傳統(tǒng)的火電發(fā)電，從而降低燃料成本；另一方面，光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)和維護成本較高，會對電力系統(tǒng)造成一定的經(jīng)濟壓力。
1.4 規(guī)劃和管理影響
光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入需要進行合理的系統(tǒng)規(guī)劃，包括容量規(guī)劃、接入點選取等，合理的規(guī)劃可提高電力系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的管理也是一個重要的問題，需要建立完善的管理機制，包括監(jiān)測、維護、故障排除等。同時，還需要加強對光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)管，防止對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響[4]。
1.5 降低電網(wǎng)的無功平衡性
考慮到大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)大多被架設(shè)在荒漠、高原等人煙稀少、光照充足的環(huán)境中，系統(tǒng)產(chǎn)生的電量除了少量供應當?shù)赜脩艚嚯x使用，更多是通過遠距離傳輸?shù)姆绞剑瑵M足電能相對匱乏區(qū)域用戶的用電要求。對電能供應情況進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，在短距離供電過程中，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能電壓能夠滿足用戶的實際需要，但在長距離傳輸后，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能電壓可能會因傳輸過程中電壓隨機波動情況的出現(xiàn)，導致出現(xiàn)電能無法切實滿足用戶需要的情況。
這種電網(wǎng)無功運輸現(xiàn)象的出現(xiàn)不僅會對母線電壓產(chǎn)生影響，增加電網(wǎng)系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)的難度，進而降低電網(wǎng)整體電能運輸質(zhì)量，還會給電能供應區(qū)域的社會經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展造成嚴重的阻礙�？傊F(xiàn)階段，我國大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)所能支持的遠距離電能傳輸電壓都不夠高，無法切實滿足輸電工作的實際需要，降低了電網(wǎng)系統(tǒng)的工作質(zhì)量。
2 大規(guī)模光伏發(fā)電的應對策略
2.1 儲能技術(shù)
大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率具有時變性和不穩(wěn)定性，這是由于光伏發(fā)電的輸出會受到日照、天氣和季節(jié)等因素的影響。電力系統(tǒng)需要保持供需平衡和電壓穩(wěn)定，以確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和可靠性。儲能技術(shù)是解決這一問題的重要手段之一[5]。目前，常用的儲能技術(shù)包括電池儲能、壓縮空氣儲能、水泵儲能等。通過對光伏電池進行串聯(lián)管理、施加隔離保護、安裝電流傳感器，能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)吸收的太陽能順利轉(zhuǎn)化為電能。這些技術(shù)可以平衡光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率和電力系統(tǒng)負荷需求之間的差異，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。例如，在美國，大規(guī)模的鋰離子電池儲能系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，可以在光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力超過負荷需求時進行充電，在光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力不足以滿足負荷需求時進行放電，平衡光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與電力系統(tǒng)負荷需求之間的差異。
2.2 電力電子技術(shù)
電力電子技術(shù)是大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可或缺的核心技術(shù)之一。通過電力電子技術(shù)，可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)換和控制。其中，最常見的電力電子器件是逆變器，它可以將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并控制輸出電流的波形和頻率，以滿足電力系統(tǒng)的需求。此外，電力電子技術(shù)還可以實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤、功率因數(shù)校正和電壓控制等功能。最大功率點跟蹤技術(shù)可以實現(xiàn)在不同光照條件下，使光伏電池組的輸出功率最大化，從而提高系統(tǒng)的效率。功率因數(shù)校正技術(shù)可以優(yōu)化系統(tǒng)的功率因數(shù)，避免系統(tǒng)中出現(xiàn)無效功率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。電壓控制技術(shù)可以控制系統(tǒng)的電壓，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
2.3 智能電網(wǎng)技術(shù)
智能電網(wǎng)技術(shù)是一種非常有前途的技術(shù)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應用前景廣闊，是在現(xiàn)代電力工程領(lǐng)域的一個創(chuàng)新方向。它將先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)相結(jié)合，提供更為智能、高效且環(huán)保的電力服務。智能電網(wǎng)技術(shù)是指利用信息通信技術(shù)和自動化技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化和自動化。采用智能電網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行與優(yōu)化調(diào)度，提高電力系統(tǒng)的效率和可靠性。同時，智能電網(wǎng)技術(shù)還可以實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠程監(jiān)測和管理，及時發(fā)現(xiàn)故障并進行處理，避免對電力系統(tǒng)的影響。
2.4 光伏發(fā)電廠規(guī)劃設(shè)計技術(shù)
現(xiàn)階段，為了切實提升電能質(zhì)量，給用戶帶來良好的用電體驗，在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)前，需要對可能影響電能質(zhì)量的因素進行分析，并以此為基礎(chǔ)，將光伏發(fā)電廠規(guī)劃的設(shè)計技術(shù)應用到大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)工作中，提升電能轉(zhuǎn)化與輸送工作的可靠性。
例如，在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的架設(shè)過程中，可以通過提升光伏發(fā)電站施工地點的可靠性、切實解決光伏發(fā)電站裝機容量問題、優(yōu)化光伏發(fā)電站規(guī)劃建設(shè)過程中的投資時間與投資成本、增強光伏發(fā)電站規(guī)劃設(shè)計的安全性與可靠性、保證光伏模塊與逆變器模塊使用數(shù)量滿足施工活動需要，提升大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體工作質(zhì)量，降低發(fā)生電能質(zhì)量問題的可能性。
2.5 應用新型輸電技術(shù)
近年來，隨著光伏發(fā)電裝機量的不斷增加，如何降低大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的影響，提升電力供應的可靠性，成為人們關(guān)注的重點。一般情況下，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，會對公共電網(wǎng)無功電壓產(chǎn)生較大的影響。同時，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)遠距離傳輸?shù)碾娔軐陔娔軅鬏斶^程中產(chǎn)生一定的電力波動，影響電網(wǎng)系統(tǒng)的平衡性。
現(xiàn)階段，為解決上述問題，對大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸電技術(shù)進行優(yōu)化，成為保證電力系統(tǒng)正常運行的重要舉措之一。例如，可以通過在一些海拔較高并且日照充足的大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)架設(shè)區(qū)域安裝合適類型的FACYS 裝置，不斷提升大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的對外輸電能力，實現(xiàn)電能遠距離傳輸過程中波動問題的有效改善[6]。
2.6 市場機制改革
市場機制改革是指通過調(diào)整市場規(guī)則和價格機制等手段，促進清潔能源的發(fā)展和應用。通過實行綠色證書制度、智能電價制度等市場機制改革，可以提高清潔能源的競爭力和市場占有率，從而推動大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展和應用。除了綠色證書和智能電價制度，市場機制改革還包括其他的手段和政策。例如，采用可再生能源配額制度，鼓勵電力企業(yè)在其電力銷售中使用可再生能源，促進清潔能源的應用。同時，通過完善市場化交易機制，如直接交易、競價上網(wǎng)等方式，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的市場化程度，降低其發(fā)展成本。
3 對大規(guī)模光伏發(fā)電發(fā)展的展望
隨著技術(shù)的不斷進步，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性將不斷提高。高效光伏電池、新型太陽能材料、新型儲能技術(shù)等技術(shù)的應用將有助于提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。預計未來光伏電池的價格將進一步下降，促進大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的快速發(fā)展。各國政府將繼續(xù)出臺鼓勵清潔能源發(fā)展的政策，為大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展提供政策支持。例如，各國政府將加大對光伏發(fā)電的補貼和獎勵力度，促進清潔能源的發(fā)展和應用。并且隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展和應用，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高。通過智能化技術(shù)的應用，可以實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的遠程監(jiān)測和管理，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。
4 結(jié) 論
大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種清潔、可再生能源，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生了積極影響，同時也帶來了一些挑戰(zhàn)。在影響方面，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)對電力系統(tǒng)質(zhì)量、電壓穩(wěn)定性、瞬時功率響應和電力質(zhì)量污染等方面均有影響。針對這些影響，應對策略包括儲能技術(shù)、電力電子技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)以及市場機制改革等。在未來，隨著技術(shù)的進步、價格的下降和政策支持的不斷增強，大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)將得到快速發(fā)展，同時也將與其他能源形成協(xié)同發(fā)展，推動清潔能源的發(fā)展和應用。
