浅谈大规模光伏发电对电力系统的影响

摘要：随着科技革命的不断推进，经济的持续发展，人们对资源的需求逐渐增加，电力在现代经济社会的发展过程中成为了不可替代的能源，在能源发展格局中占据着重要地位，成为人们日常生活和经济社会发展的必需品，电力的使用效率在逐渐增加。值得注意的是，随着需求量的逐渐增加，传统的发电模式，供电途径已经难以满足现代市场的发展需求，大规模的光伏发电成为了未来的能源发展方向，新能源的发展成为了能源供应的重要方向，新能源技术作为一种可再生资源，在我国的能源安全格局中具有重要的意义，有着极大的优势，也可以缓解我国能源发展不平衡的窘境，为我国能源安全的顺利供应提供保障，但是究其根

本，大规模的光伏发电技术是一种新型的能源供应技术，对电力体系的供应产生着深远意义。本文主要分析大规模光伏发电对于电力体系产生的作用，以及从光伏发电对自身建构的角度着手，进一步阐述在电力的供应体系里，进行大规模光伏发电会产生何种意义，对于我国电力系统会产生何种影响进行分类别讨论。

关键词：大规模光伏发电 ；电力系统 ；影响；科学技术

在经济社会不断向前发展的同时，能源短缺的现象也愈发严重，严重影响了经济社会的良好运行，我国的能源经济的发展需求也到了，我国的能源供应问题也引发了社会各个层面的关注，基于此，安全、绿色、无污染的可再生能源在科技的带动下应运而生，可再生清洁能源具有安全、环保、可靠等自然优势，在应用的过程中适用的范围也非常广泛，对于经济社会的发展也产生了很大的促进作用。但是，因为太阳能光伏发电属于可再生清洁能源的一种，其本身具有一定的特殊性，这些特殊性势必会在电力供应系统中产生一些影响，对于经济社会的发展产生相应的影响，因此，为了维护经济社会的良好运作，保障我国能源安

全，推动电力系统的前进，必须克服行业发展的困难，通过分析研究大规模光伏发电产生的影响，将这些特殊性融入其中，真正利用好大规模光伏发电，趋利避害，为后续电力供应工作的发展提供安全保障。

1 大规模光伏发电系统综述 

1.1 大规模光伏发电系统

光伏发电主要是依靠半导体界面来实现的，通过太阳能集热板将太阳能汇集于此，然后利用光伏效应将光能转化为电能，再通过传送设备进行应用。光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。如果将大规模的光伏发电融入其中，需要对大规模光伏发电的有关知识以及光伏发电并网系统产生相应的了解。大规模光伏发电系统是利用光伏发电电池的光电感应效应，形成光伏发电矩阵电流，然后通过变速器以及变压器进行调和，使得矩阵电流以及电压变得更加稳定安全可靠。在转换的过程中不再需要蓄电池进行存储，可以直接将电能传送到公共电网当中，这样一来就可以较大程度减少电流的损失，保障电能质量的传送，提高电能质量，

同时也可以节约电能设施所占的空间，减少不必要的资源浪费，节约资金将更大的精力投入到技术开发当中，促进光伏发电新能源技术的不断向前发展。在光伏发电系统之中，主要控制模型为内环与外环控制模型两种，内环控制模型可依据馈解耦开展处理，依据具体情况，确定换流器赞太魔性，电力解耦的处理形式需要以暂态模型为依据，具体见图 1 所示，外环控制模型需要以实际情况为依据，对设计需求及网额策略合理性的制定，具体见图2所示：

图 1：内环控制模型                      图2：外环控制模型

1.2 大规模光伏发电系统构建

光伏电池的矩阵模型，具体见下图3所示： 

图 3：光伏发电系统电池矩阵模型

可以从大规模光伏发电系统的角度进行探讨研究，光伏发电应用的大规模矩阵模型主要依赖于每个单独的二极管进行，模型的建立而来的，需要根据相关的原理进行光伏测试等效电路检验，这样可以使得串联和并联的形式共存的电网系统融入其中，同时还可以检验明确各个状态下的电池模型的表达方式，为拆解各个参数和表达各个电路电压和电流提供依据，并且为最终的工程模型提供正确的表达方法。电流转换器和内循环控制模拟器。电流转换器是大规模光伏发电的重要环节，在整个大规模光伏发电过程中产生着至关重要的作用，为电力体系的安全可靠供应产生着深远的影响，因此需要相关技术人员高度重视此环节，保障能

源安全可靠的供应，这一环节主要是针对于大规模单元的一种暂态并网的特殊性，如今在我国所应用的大规模光伏电站的系统中主要应用了这一特性。这是一种内外双层的结构形式，可以实现内外双环控制系统的一种控制功能。其中的基础衡量是一种标准的电力参考值，可以通过控制单元和电联转换器实现电流成功入网。分为内环和外环，外环主要是电压输入的过程，其参考的标准主要是入网时候的电力数值，通过转化器实现内外环联动，完成内外部的整体操作。值得注意的是，控制转化器分为两部分，划分为两个类别，一类是内环的控制模拟系统，其中的主要方式是实现方法的融合的过程，主要明确转换器的暂态模型，并且根据暂态模型进行电力明确形式处理，将这些控制因素融入其中，外环则需要以大规模的光伏发电的实际情况作为发展依据，通过相关技术应用，设计有功、无功的并网策略。大规模的光伏发电系统，对于大规模的光伏发电动态模型来说，需要充分利用级数方程式，进而为构建大规模光伏发电技术提供便利，针对于，每组方程式所构建实现的实时监测系统、检测功能、将逆变器和 mppt 进行有机结合，由此而来可以获得动态化、整体性的光伏发电模型。通过大规模的光伏发电系统，对其构建的平台仿真系统进行模拟操作。

2 大规模光伏发电对电力系统的影响

2.1 对无功电压特性的影响

在一般情况下，大规模的光伏发电系统会需要设置在距离光源更加近的地方，这些区域环境通常较为特殊，且光照充足、海拔较高。气温较低，较为凉爽。其中包括戈壁滩、沙漠、以及高原等地区。同时，这些地区人口相对较少，地广人稀幅员辽阔，对电力资源的需求量较少，为项目的开展提供了许多的便利。在整个大规模的光伏发电系统中，通常不会出现电路短路等问题，而光电效应的所产生的电能需要实现高压距离的传输，在传输的过程中会出现随机波动，从而对电网的无功平衡产生相应的影响，这会导致整个电网产生平衡的波动，对于电力的供应系统产生不利的影响。除此以外，因为技术的限制，大规模的光伏电网发电

技术系统的无功支撑性还有待提高，对于整个电网的系统的电压质量造成一定的影响，甚至影响电压幅度超过限制。对于保障电力的安全稳定供应产生不利影响，因此还需要加大技术革新，为大规模电力供应技术的发展奠定良好的基础。

2．2 光伏发电系统模型的研究  

针对于光伏发电技术的模式性研究，主要是通过建立仿真平台进行模拟仿真活动，为后续的工作提供实践基础，对于大规模的光伏发电技术起到引导作用。经过充分的资料研究调查表明，截至目前，已经成功研制出并且成功应用于现实的生产发展之中。在实际应用的过程中分为两大模拟类型，分别命名为 PSD 和PSA 模型两类。这两类所构建出来的光伏发电平台已经广泛应用于发展的实际，且已经产生了较大规模的发电效果，对于光伏发电系统产生了良好的效益。并且在整个电力发展系统中发挥了更加灵活多变的自定义功能系统。发挥了更为宽广的发电功能，较大程度上节约了光伏发电过程中的电力损耗，为高质量供电提供

了更为坚实的技术保证。

2.3 对功角稳定性的影响

由于规模光伏发电技术系统的运作机制是通过光电效应产生的。然后通过传感器，逆变器、变压器等设施接入到公共电网之中，与此同时，接入电能所出现产生的波动和转动的惯量问题，在这个传输的过程中，会对整个公共电网的系统产生较大影响，会对传输功率的稳定性造成影响。还会降低电网系统的等效惯量。与此同时，大规模的光伏发电动态支撑技术还和发电机的发电技术存在一定的差异，在接入公共电网的过程中，电网的功角稳定性会发生一定量的变化，会受到较大规模的光伏发电系统的位置移动、规模大小等。还会受到控制技术的制约，对功角的稳定安全性造成一定量的影响，进而影响能源的安全、能源的供应。

2.3 对电能质量的影响

由于电网的运行的指标之一就是电能的质量安全，电能的质量高低也会对用户的使用情况造成影响，尤其是在物质资料相对富裕，生产力水平快速提升的今天，人们对高质量的需求越来越高，因此保障电能质量工作显得格外重要。在大规模的光伏发电接入到电力系统当中，原来的电网会产生相应的空间扩充，再加上大规模的光伏发电系统存在数量、规模、技术等方面存在差异也会对电网架构系统产生一定的影响。还会导致公共电网中的电流分布难以控制，供电系统电网中的电压质量也会降低，严重影响了电能资源的质量，对于质量的提高产生不利影响。同时，由于电力改革已经进入了关键阶段，对于经济发展起到了举足轻重

的作用，在整个电网系统供应的过程中，需要不断融入新的电子设备以及电子器件，提高了电力电网运送过程中的电力损耗，为整个代理系统的输送过程带来了巨大的压力，这一系列问题最终会导致电能质量下降，影响电能安全，降低电力的性能，为电力安全供应情况产生不利影响，对于高质量生活的追求产生不利影响。

2.4 对配电系统保护装置的影响

在今天的电气网络架构体系里，为了保障电网的安全良好运输，电力的传输、电压的稳定性，以及提高用户的体验感，在整个电力系统当中加入保护装置。对于保护整个电网体系的安全性具有重要作用，但是，大规模的光伏电站发电接入之后，会直接影响电网的运行情况，导致内部结构发生变化。电网的内部结构和故障形式也会发生改变。在这种情况之下，配网保护系统也无法充分发挥自身应有的保护作用。诸如在大规模光伏发电实施之后，单一的网络构架会发生改变，转变为复合型的能源架构，或者是双能源的结构，这时保护装置会发生拒动，误动等问题，影响系统的安全良好运行，从而严重影响设备的正常运作，无法在对原有的电网中起到应有的保护作用，除此以外大规模的光伏发电接入到电网系统当中，对于其变电设备的电源自投装置也会产生相应的影响，对于电网配电保护装置产生相应的影响。大规模的光伏发电还具有着很强的外力波动作用，对于电流的运行有着很强的速记功能，对静止的电源以及环路器的发展有着不同频率的记录，并且在光伏发电的使用过程中不存在机械难题，在转换的过程中很难出现运行不稳定的状况，对于整体电力的系统运作维护产生了至关重要的作用，提升了电力运作系统的可靠性与安全性。

2.5 对配网调度与运行控制的影响

假如大规模光伏系统被广泛运用到电网体系，必定会为电力系统带来多方面问题，例如电网适应性、体系调峰调频等。同时，因为大规模光伏系统电源的发电主要依靠的是清洁的可再生能源，例如风能、光能等，但是这些能源的发电体现出显著的间歇性、波动性，很容易造成供电不稳定、不安全等问题，面对这些问题，最主要的即是集中调度管理配网，以此来实现传统电源和分布式电源的协调发展，保障电力系统的安全生产。因此，在分布式电源正式接入配网体系前，应当做好一切也许性疑间的预测与分析，同时需求预先给出解决对策，以此来保护动力的有效利用，保证体系灵活运转，使配网体系更加高效、稳定地作业。

3、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

3.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

3.2应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

3.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

3.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

3.4.1光伏发电

3.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

3.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

4.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

4.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

4.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

4.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

4.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

4.4.2事件记录

●操作日志：用户登录情况查询。

●短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

●报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

4.4.3运行环境

●视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

4.5系统硬件配置

4.5.1交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电，装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能。光伏电站规模较小，而且比较分散，对于光伏电站的管理者来说，通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.2交流380V并网

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》，8kW~400kW可380V并网，超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网，以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏，自发自用，余电上网。分布式光伏接入配电网前，应明确计量点，计量点设置除应考虑产权分界点外，还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置，其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定，以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表，技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统，实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器，或者通过汇流箱接入逆变器，然后接入企业380V电网，实现自发自用，余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量，同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表，用于计量企业上网电量，数据均应上传供电部门用电信息采集系统，用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用，余电不上网模式，这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置，避免往电网输送电能，系统图如下。

这种并网模式单体光伏电站规模适中，可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据，安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面：

4.5.310kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》（国发新能〔2019〕49号），对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目，需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求，支持在符合电网运行安全技术要求的前提下，通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大，需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大，可能对公共电网造成比较大的干扰，因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量，包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等，需要安装单独的电能质量监测装置。

上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图，光伏阵列接入光伏汇流箱，经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置)，最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大，涉及到的保护和测控设备比较多，主要如下表：

4 结语

综上所述，现阶段随着我国经济与科技实力的不断进步，大规模光伏发电技术在当今电力行业的应用范围也愈发广泛。从根本上来说，目前我国的光伏发电技术尚未成熟，在大规模光伏发电技术应用的过程中会对电网安全造成一定影响。基于此，为了能够保障光伏发电的安全合理运行，相关工作技术人员应当趋利避害，认识到影响因素，并且不断寻找相应的破解之法，值得注意的是，虽然大规模光伏发电技术尚未成熟，但是人们对于光伏发电技术的研究却在如日中天的进行当中，光伏发电依旧可以缓解我国目前能源短缺的发展现状。本文的目的是增强人们对大规模光伏发电技术的了解，为了对我国的能源发展以及光伏发电技术和手段产生一定的推动作用，促进我国光伏发电技术在电力系统中安全灵活运用，以及促进光伏发电技术的创新，扩大能源结构不断丰富，扩大清洁能源在电网中的应用比例，推动电力发展格局的进步，为我国能源安全发展奠定坚实基础。