光伏发电并网对电网运行的影响及解决策略

1 发展光伏发电的前提及光伏发电并网简介

环境污染是由于人类不恰当的行为引发的各种使人们生活受到严重影响的行为,环境污染严重破坏了人类的生产生活条件。如今,由于环境污染越来越严重,人类赖以生存的环境被破坏程度越来越高,不得不使人类将环境治理与解决能源需求的问题提上日程,并成为人类生产生活中必不可少的一项工作。

以往人类在生产生活中大规模生产和广泛利用的能源是常规能源、也叫传统能源,如煤、石油、天然气等,这些能源都是一次性非再生能源,是在地壳运动中经千百万年形成的,在短时间内不会再生。大量传统能源的消耗引起了人们的危机感并且带来了严重的环境污染,产生了酸雨、霾、温室效应等一系列严重的环境问题。环境污染既损害人体健康又影响动植物的生长,破坏经济资源,损害建筑物,严重时可以改变大气的性质,使生态受到破坏,如果不加以控制和改变,长此以往人类将自食其果,毁灭于环境污染中。

迫于这种压力,人类开始提出可持续发展理念,关注环境、注重环境保护,开发利用新能源。新能源是指在新技术基础上加以开发利用的的可再生能源,特点是取之不尽、周而复始,从而取代资源有限、对环境污染严重的化石能源。新能源包括太阳能、风能、地热能、潮汐能等。

光伏发电是将太阳能转换成电能的发电系统。光伏发电装置主要由三部分构成:太阳能电池板、控制器、逆变器。太阳能电池板是由一块块能接收太阳能的电池串联组合而成,再连接控制器就形成了光伏发电装置。光伏发电主要原理是利用光电效应使半导体与金属结合的部位之间产生电位差的现象,其次是形成电压过程。光伏发电装置所产生的电为直流电,需通过逆变器转化为交流电才能供给电网使用。将光伏装置产生的电并入公共电网供其使用就叫做光伏发电并网。

2 光伏发电并网对电网的影响

光伏发电作为新能源发电,对日常生活供电、节约传统能源、保护环境方面做出了巨大的贡献,与传统的火力系统发电比有很多优点,如资源无枯竭危险、安全可靠、无污染、无公害、不受资源分布地域的限制、能源质量高、获取能源花费时间短、建设无需耗费巨大人力和物力等优点。但光伏发电作为新兴发电形式,在并入电网过程中还是对电网运行存在一定影响,主要体现在以下几方面:

对电网运行控制有一定影响。光伏发电系统有集中式并网和分散式并网方式,集中式并网就是指将光伏发电所产生的电能直接输送到电网,供电网调度使用,这种并网方式主要适应于大型光伏电站并网,如大面积的公路光伏发电装置就是运用这种方式并网;分散式并网是指所发出的电能不直接供往电网,产生的电能存在某一负载中,电网需要的时候再调度使用,通常用于城区内、特别是于建筑结合的光伏系统,比如装置于屋顶上的光伏发电装置。再者光伏发电主要是利用太阳光进行发电,因而受天气影响较大,发电量存在不稳定性。光伏发电系统并网形式的不同和发电量的不稳定造成光伏发电装置所发的电量并入电网后电网中电源点数的增加,并且这些点数的分布和数量没有任何规律可循,所以对电源的控制和电网的运行都增加了一定的难度。

对电网运行统一性产生一定影响。由于光伏发电系统与传统发电行业发电形式不一样且发电所采用的能源不一样,所以发电停电的时间不能统一。在传统发电行业进行发电时光伏发电可能因为天气原因没有进行发电,也可能在传统发电行业因为某种原因停电时光伏发电正在发电,因而两者不具备统一性。如果在传统行业停电时而光伏发电系统正在发电供向电网,那么就会产生“孤岛效应”影响,即成为孤立电源对周围电网进行供电,一旦电网来电会产生较大的冲击电流,对电力设备设施造成损害和给可能正在维修电网的维修人员造成身体伤害或者生命伤害。

对电网成本运营的影响。光伏发电装置接收太阳能产生电能后由逆变器接入国家电网,电网系统必须增加容纳电量的容器和转换电能的容器以便接纳使用光伏电能,从这一方面说,光伏发电增加了电网的设备耗能,加大了电网的经济运行性。另外光伏发电系统并网也加大了电网的工作量,需要投入大量的技术人员去操作并网,这也增加了电网的运行成本。

对电压和电能质量的影响。在光伏发电装置产生的电能没接入电网前,电网的电流形式单一且电流平稳易于掌控。而当光伏发电装置产生的电能接入电网后使得电网的电流形式多样化,并且光伏发电装置产生的电能本身会受天气等的影响造成发电量不稳定,这种影响会延续到并入电网后,对电网的电流产生影响,导致电网的电流不稳定且变得不易掌控。大型光伏发电系统发电量高、对电网影响大,然而如果大型光伏发电系统受天气影响势必会造成电压的波动。另外,由于光伏发电系统所发出的电为直流电,在经逆变器转变进入电网时肯定会产生谐波,对电网造成影响。

对运行调度的影响。当前光伏发电技术还不成熟,自动化功能还不完善,且光伏发电装置的发电功率直接受天气变化影响,所产生的电能是不可预测的,所以光伏发电装置所产生的电能的可调度性也是不可控制的。在原有的调度下,电网相关数据的变化可能导致电网的可用电量减少,从而导致电网对电量的控制度及调动难度加大。因此当在电力系统中光伏发电装置所产生的电能较多时,电网应采取积极的措施应对电量调度问题。

对电网后期发展的影响。随着光伏发电的发展越来越成熟,建设面积越来越大,其负载及反送功率也会呈现一定的变化,进而使得原有的电网难以满足需求,需根据实际情况重新进行规划,重新审视调度电网的运行方式,这在一定程度上增加了电网的资金投入,增加了相关人员的日常工作量,加大了运营成本[2]。

3 解决光伏发电并网对电网影响的策略

对于以上光伏并网发电系统并网后对电网系统的影响,应提高光伏发电并网技术,稳定光伏发电装置发电量,控制光伏发电电能并网后的电流稳定性,尽可能的降低光伏发电对电网的影响,使之对电网产生有益的影响,消除安全隐患,真正为我们所用。

首先对光伏发电系统并网之前要制定完善的政策和相关标准,规范其运行,将对并网之后的影响降到最低;其次,对接入电网的光伏发电站必须要求配备“孤岛效应”检测技术装备,防止“孤岛”现象发生,保护电网电流的稳定性和工作人员的安全。孤岛检测技术有主动式检测和被动式检测两种方式,主动式检测是指主动制造扰动,当发生故障时扰动快速增加并被检测出来,而被动式检测技术是指只在产生故障时检测波动。

另外随着信息化技术的发展能对电网进行整体监测并对数据进行分析处理,对并入电网的光伏发电信息重点检测,充分掌握其变化,以便及时发现问题解决问题。

4 结语

太阳能发电是传统发电的有益补充,鉴于太阳能发电对环保与经济发展有重要意义,各个国家都在全力推动太阳能发电工作,光伏发电装置因为对环境要求低、易于操作、便于维护、发电量高等优点,被广泛应用,从长远来看可能在我国电力发展中占据主导地位。