分布式光伏发电技术特性及对电力系统的影响

分布式光伏发电技术特性及对电力系统的影响

康浩

漯河市开拓新能源科技有限公司 河南 漯河 462000

　摘要：分布式光伏因为有着可开发资源丰富、开发建设难度小和节能环保的优势，现已成为光伏开发利用的主要方式，在发达国家和部分发展中国家得到迅速的发展，并且现已具有一定规模。前期为鼓励国内分布式光伏产业的发展，国家制定有相关补贴政策，随着光伏产业的技术发展和规模不断扩大，光伏发电竞争优势凸显，光伏补贴政策的已经取消、光伏发电实现平价上网。随着一般工商业峰谷电价的普及和建设成本下降的影响，碳中和政策的不断推进，使得分布式光伏项目市场竞争力明显提高。基于此，本文主要从作者实际工作经验入手，分析分布式光伏发电技术的特点，分析其对电力系统的影响，希望对有关从业人员带来帮助。

关键词：分布式光伏；电力系统；影响

1 分布式光伏发电的出力特点

1.1 从短时、日出力的特点进行分析，光伏发电出力有着较强波动性、时段性，光伏出力随着光照的强度、天气、季节和温度等自然因素而变化，有着随机波动性。光伏出力多是集中在白天，特别是午间时间段，夜晚的出力为零，有着显著时段性，无法持续稳定的供给电力。

以某分布式光伏发电为例，晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，出力时间集中在9点到16点之间，中午达到最大；多云天气由于受到云层遮挡，辐照度数据变化大，导致光伏电站出力短时间波动大，总体出力水平也不如晴天。当太阳光强迅速变化时，输出功率也会在较大的范围内快速波动，小时级出力波动达到装机容量50%。相对于集中式连片的光伏电站具有出力平滑效应，分布式光伏发电装机容量小、面积不大，受云层、温度等多方面影响较大，出力波动性相对更大。

1.2 从年度出力特性来看，光伏发电出力呈现明显的季节特性，春秋季发电较多；全年大部分时段出力小于其装机容量的50%。受到了气候因素影响，风力发电有着季节性的特点，由于光伏电站出力具有随机性、波动性特点，光伏电站出力接近满发的概率很小。

1.3 光伏发电出力和日间负荷匹配度较高，具有正调峰特性，但由于晚上难以发电，难以有效匹配晚高峰。从日出力特性匹配来看，光伏发电出力高峰主要在中午期间，能够和居民负荷的日间高峰匹配，具有正调峰特性，但是由于居民负荷的全日峰值负荷通常在晚上，此时光伏发电无法发电，难以起到降低容量需求的作用。从年出力特性匹配来看，就该某分布式光伏发电项目来说，光伏发电出力最高的四个月分别是4月、5月和9月、10月，和夏季负荷高峰在月度上基本是匹配的。但需要注意的是，是否能够降低年度峰值出力，需要看夏季时刻光伏发电和负荷的日特性曲线是否匹配。

2分布式光伏发电对电力系统的影响

2.1对电能质量的影响

分布式光伏电源并入电力系统后对电能质量的影响通常体现在谐波污染、电压波动等方面。分布式光伏发电产生的直流电须经过逆变器调制为交流电后才能并入电力系统，但并网逆变器在高频调制直流电过程中容易产生谐波，谐波经并联输出后放大，存在难以预测与治理的问题。此外，分布式光伏发电极易受天气影响，输出功率波动较大，并网后将对电网的电压质量造成一定程度上的影响。随着分布式光伏电源的大量接入，电力系统系统的功能也随之改变，由电能分配系统转变为集电能收集、传输、分配于一体的信息电力系统系统。

2.2正面影响

第一，促进可再生能源的开发利用利用闲置屋顶资源开发分布式光伏发电，可以避免占用大面积土地，充分利用城市农村的光照资源，有利于扩大可再生能源开发利用规模。第二，解决偏远地区的能源电力供应问题，通过在大电网难以覆盖的偏远地区发展分布式电源，可以解决这些地区的电力等能源供应不足的问题，促进社会经济发展，还可充分利用可再生能源，保护当地生态环境。第三，延缓输变电建设，降低输电损耗。分布式光伏发电使得电能的生产和消费尽可能在同一地点完成，不需要进行长距离的输电，降低输送损耗。除此之外，还可以减少部分输变电容量或输热容量，延长能源供应基础设施升级改造的周期。

2.3对电力系统运行控制的影响

当大规模分布式光伏发电并网接入电力系统时，光照强度的变化将导致分布式光伏发电输出功率的大幅度波动，从而使得电网运行规划人员难以精确预测负荷增长变化，影响电网调度以及光伏发电的有效利用。由于分布式光伏发电并网，传统发电与运行计划不再适用新型电力系统，须考虑到光伏发电的不确定性，进一步准确预测电力系统短期负荷。随着分布式光伏发电装机的规模持续扩张，电力系统调峰、调频的压力也与之俱增。虽然分布式光伏发电可在电力系统事故后起到支撑作用，但光伏发电的调峰能力较差，并且随着分布式光伏发电穿透功率的增加，电力系统内的峰谷差将进一步扩大。大规模分布式光伏发电并入电力系统将使得电力系统的分布式电源系统呈现出多点、多地分散的特点。当多点、多地分散的分布式光伏电源及其他分布式电源同时并网时，传统的无功调度与电源控制策略不再适用，若协调不好各分布式电源之间的运行计划，那么将对电网调峰、电压稳定以及频率稳定带来较大的影响，增大了电力系统运行控制的难度。

2.4系统安全运行问题

随着接入容量的增加，分布式光伏发电出力波动性将可能显著改变系统供电负荷曲线，对系统有功平衡带来挑战，对电网的运行灵活性提出更高需求。随着系统光伏接入容量的增加，光伏发电对系统净负荷曲线将有显著影响，呈典型的“鸭型”曲线特征，这将对电力系统有功平衡带来极大挑战。如白天光伏发电充足，满足电网负荷需求，甚至会出现电力过剩；而夜晚，光伏出力为零，需要其他电源能够快速增加出力，满足电网负荷。这就需要电网运行具有足够的灵活性，如足够灵活的常规发电机组对光伏出力的变化做出快速反应，充足的电网互联以发挥不同区域的资源优势，为了对这类实时功率的不平衡进行管理和控制，就产生了两类主要的辅助服务形式：调频服务和调峰服务，保证系统有功平衡和运行安全。

2.5孤岛效应

分布式光伏发电并入电力系统后，可在电力系统发生故障时支撑局部地区的供电。但当电力系统发生故障解列时，由于分布式光伏发电装置目前尚未有较好的检测方法，光伏发电在电力系统解列后仍然向电力系统供电，此时就会造成孤岛效应，目前针对孤岛效应的解决方案有两种：第一种就是以通信为主的策略，另外一种则是以局部改进为策略的方式。通常情况下工作人员会选择使用无线通信的方式来检测光伏发电站是否出现孤岛效应，这与光伏系统在控制方式的选择上没有直接的关联，因此我们的研究对象主要为局部反孤岛效应为主的策略。分布式光伏发电对局部电网持续供电，但对于非计划内的局部区域供电将会威胁到电网检修人员的人身安全。

3 管控措施
3.1 改善太阳能消纳的源网协调技术
光伏的基础渗透率比较大，若想维持其运行的稳定性、环保性，还需重视光伏逆变器动态性能，融合虚拟同步机和友好型的电源，配合清洁能源处理方式。从出力外特点、电源本样、控制性能、保护装置等进行完善接入规模。

3.2 加强规划建设管理

对于分布式光伏的快速发展，还需制定有关政策，引导分布式光伏有序发展。在电网规划、建设和重建的时候，充分考虑分布式光伏的规划和建设，进而减少其对配电网运行特点的影响，减轻对当地能源和电力平衡的压力。

3.3 加强运行管理
　　  建立分布式光伏发电消纳能力评估机制，从电压调节、短路电流、能源质量等方面进行评估，引导分布式和分布式光伏网络协调有序发展。加强网络安全防护体系建设，确保分布式光伏信息的安全可靠访问。

结束语：

总而言之，分布式光伏发电现已成为近中期分布式电源发展的重点，需要全面了解其出力特性及对电力系统的影响，把握发展需要解决的关键问题。

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