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【摘 要】近年来，光伏并网发电系统由于受到诸多相关的经济和环境因素的影响而日益发展，给电力企业带来了控制和运行方面的问题。关于与电压和频率稳定，电能质量和短期负荷预测，可能影响电力系统的安全稳定运行带来的发电的光伏系统，详细分析了可能的副作用，可能带来分配制度也从继电保护的角度，研究电力供应的可靠性，电力计量、实时监控和调节等。提出了大量光伏并网系统接入高压电网所面临的技术挑战和可能的解决方案。
【关键词】光伏并网;电能质量;安全性与稳定性;配电网
1 引言
越来越多的可再生能源发电进入电网，如风力发电和光伏发电，这给公用事业部门造成控制和运行问题，因为电网没有预先设计考虑到这些分布式或间歇发电。在许多国家，越来越多的光伏机组已经并将被接入公用电网。光伏发电难以预测，主要取决于天气条件。此外，它们通常通过电力电子变换器与电网相连，这与传统发电机也有很大的不同。
2 光伏并网对电力系统的影响
公用事业公司担心先前引用的风能或太阳能对电网的影响。目前的运行模式和控制策略可能会更新，以适应这种新型发电渗透所带来的新情况。虽然光伏具有多种应用，但光伏发电系统主要有两种，即独立光伏系统和并网光伏系统。随着光伏发电容量在过去几年的显著增长，当大型光伏接入公用电网时，一般的副作用应该得到更多的重视。主要技术大规模光伏发电对电网的影响是：电能质量、潮流控制、电压和频率稳定，以及一些对配电系统的影响。
2.1 对电能质量的影响
光伏并网对电网电压质量及其控制产生了一定的影响，这种影响体现在配电网和输电网络中。这些影响主要与光伏系统的安装位置和规模有关。光伏组件产生的输出功率受太阳电池辐射强度、太阳电池温度等因素的影响。当这种功率输出量足够大时，输电线路上的电压脉动明显且难以控制，特别是在配电系统中，只提供电容组来调节电压。光伏系统与公用事业相互连接，必须使光伏系统达到当地公用事业的谐波标准，并确保逆变器输出波形谐波畸变在公用事业公司规定的范围内。
光伏系统通过电子功率变换器与电网相连，对电网产生谐波。谐波会对邻近的设备产生负面影响，如电子设备过热、错误的测量读数和电容器组的谐振。当包含光伏系统的供电区域突然与主电网隔离时，可能给整个配电系统和隔离区域带来的负面影响可能包括以下内容：
1）光伏系统所在的孤立局部区域内的电压和频率不稳定;
2）如果没有储能元件，或者储能容量低，用户端可能发生电压闪变;
3）单相运行方式可能会导致原配电网出现不对称，影响用户的用电质量。
此外，当光伏系统重新接入电网时，相位不对称也可能对电网用户造成冲击。
2.2 对电压和频率稳定度的影响
（1）对电压的影响及其控制
随着光伏发电的总比率的增加，不仅会有一些副作用配电系统电压控制，但也可能有一些影响高电压等级电网的电压特性，它甚至可能引起电压稳定问题特别是在负荷中心当大量的光伏系统应用。因此，即使未来有大力发展光伏发电的主导趋势，也需要对此类发电在负荷中心的比例进行适当的控制。
（2）对频率及其控制的影响
光伏系统规模足够大时，电网也可能出现频率问题。例如，由于随机光伏发电的本质，电网频率可能不时波动，将会影响涡轮叶片的生活在某种程度上如果主频率调节主要是由一些燃煤发电机组有关地区的光伏发电渗透。
此外，为了接受光伏系统产生的大量电能，应对光伏系统的时变特性，电网必须有足够的调峰电源，也需要人们重新审视电网调峰容量的传统配置概念。当嵌入大规模光伏系统的局部电网与主电网隔离时，如果在该区域不再安装蓄电池，隔离电网中可能同时出现电压和频率问题。
2.3 对配电系统的其他影响
（1）对保护继电器的影响
由于配电系统位于输电链的末端，其电压水平通常较低。在光伏发电投入实际应用之前，配电系统基本上是一个无源网络，部分地区可能存在零星的小容量水电和燃煤发电。这意味着在大多数径向配电系统中，潮流往往具有单向本质。上述原因使得目前配电网中现有的保护继电器大多具有方向性不敏感的特点。
在与风能、生物质能等并网可再生能源技术混合发电模式下，配电网的潮流可能具有双向特性。如果光伏系统不能与配电网安装的原有中继系统协调并适应，光伏系统接入的支路上的继电器就有可能发生不正确的跳闸，从而导致该支路的功率损失。另外，当光伏发电接入时，通常会减小原有继电器的保护面积，影响保护继电器的正常运行。
2）对配电网可靠性的影响
有時，光伏系统也会对电力系统的运行可靠性产生负面影响，特别是对于位于电网末端的配电系统。例如，当光伏发电所处的交流系统停止运行时，光伏逆变器无法正常换向，这意味着当电力系统确实需要帮助时，光伏发电系统也将无能为力。从这个角度来看，光伏系统的存在并不一定会提高配电系统的可靠性。
此外，不适当的安装位置、容量配置以及光伏发电机组与电网的连接方式也会降低配电网的可靠性。如光伏系统与配电网原有保护继电器协调不良，可能会导致相应继电器误动作，降低电网的可靠性。
（3）影响实时监视、控制和调节分配系统
与高压电网水平相比，传统的分销网络本质上是一种被动和径向电网，其信息收集、开关操作和能源调度是相对简单的，通常是根据统一的订单进行了电力调度部门。然而，光伏发电的渗透会使这个过程变得复杂。光伏系统的渗透，这类型的附加信息应该补充，应该使用这些补充信息监测或控制应用程序，以及由谁，所有这些问题都应该被重新审查根据电网连接光伏发电规则，最后通过调度部门的效用后适当的协调各种可能存在的技术或经济方面。
（4）对电能计量的影响 嵌入式光伏系统在部分配电系统中的潮流可能具有双向特，未来有必要引入双向计量模式来应对配电线路潮流的不确定性。此外，由于光伏发电的主要成本较高，在测量系统中合理反映不同类型发电的价格差异也需要重新考虑。
2.4 对电网调度的影响
（1）难以控制的接口功率交换
光伏系统的发电是强烈受天气条件的影响，这导致其发送功率不断变化的网格，这是不利于顺利功率控制的一个接口连接两个不同的电网。
（2）短期负荷预测难度更大
传统的逐日发电计划主要依靠对负荷的准确预测。由于光伏系统的低电压特性，光伏系统产生的电能往往会被其周围或附近的局部负荷所平衡。然而，光伏发电系统受气候的影响较大，这可能使整个电网的总实测负荷更具有时变和随机性。这意味着光伏发电在一定程度上给短期负荷预测和发电调度带来一定的困难。
3）对原有电力调度管理系统的挑战
此外，光伏系统的投资者可能来自不同的经济实体可能有不同的好处与公用事业公司，会有很多的机会他们启动或关闭光伏系统根据自己的需求，和一起的事实不确定光伏系统的发电，电力公司不得不面对还分布能源管理方面的挑战，而未来大量光伏系统接入输电系统时，高压侧能量管理也可能面临同样的问题。
3 结论
针对大规模发电和高压水平渗透引起的光伏特性，讨论了这些特性对电力系统安全稳定问题的影响，包括电能质量、潮流控制、电压频率稳定性、配电网。
針对光伏系统的实际和研究需求，提出了相应的研究方向：（1）光伏系统建模方法;（2）光伏并网电网动态特性;（3）含光伏系统的电力系统分析计算技术;（4）光伏并网系统控制技术。
参考文献：
[1] 马溪原，吴耀文，方华亮，孙元章.采用改进细菌觅食算法的风/光/储混合微电网电源优化配置[J].中国电机工程学报，2011，25：17-25.
[2] 王皓怀，汤涌，侯俊贤，邹江峰，梁双，苏峰.风光储联合发电系统的组合建模与等值[J].中国电机工程学报，2011，34：1-9+11.
[3] 高明杰，惠东，高宗和，雷为民，李建林，王银明.国家风光储输示范工程介绍及其典型运行模式分析[J].电力系统自动化，2013，01：59-64
（作者单位：国网上海市电力公司培训中心）
【关键词】光伏并网;电能质量;安全性与稳定性;配电网
1 引言
越来越多的可再生能源发电进入电网，如风力发电和光伏发电，这给公用事业部门造成控制和运行问题，因为电网没有预先设计考虑到这些分布式或间歇发电。在许多国家，越来越多的光伏机组已经并将被接入公用电网。光伏发电难以预测，主要取决于天气条件。此外，它们通常通过电力电子变换器与电网相连，这与传统发电机也有很大的不同。
2 光伏并网对电力系统的影响
公用事业公司担心先前引用的风能或太阳能对电网的影响。目前的运行模式和控制策略可能会更新，以适应这种新型发电渗透所带来的新情况。虽然光伏具有多种应用，但光伏发电系统主要有两种，即独立光伏系统和并网光伏系统。随着光伏发电容量在过去几年的显著增长，当大型光伏接入公用电网时，一般的副作用应该得到更多的重视。主要技术大规模光伏发电对电网的影响是：电能质量、潮流控制、电压和频率稳定，以及一些对配电系统的影响。
2.1 对电能质量的影响
光伏并网对电网电压质量及其控制产生了一定的影响，这种影响体现在配电网和输电网络中。这些影响主要与光伏系统的安装位置和规模有关。光伏组件产生的输出功率受太阳电池辐射强度、太阳电池温度等因素的影响。当这种功率输出量足够大时，输电线路上的电压脉动明显且难以控制，特别是在配电系统中，只提供电容组来调节电压。光伏系统与公用事业相互连接，必须使光伏系统达到当地公用事业的谐波标准，并确保逆变器输出波形谐波畸变在公用事业公司规定的范围内。
光伏系统通过电子功率变换器与电网相连，对电网产生谐波。谐波会对邻近的设备产生负面影响，如电子设备过热、错误的测量读数和电容器组的谐振。当包含光伏系统的供电区域突然与主电网隔离时，可能给整个配电系统和隔离区域带来的负面影响可能包括以下内容：
1）光伏系统所在的孤立局部区域内的电压和频率不稳定;
2）如果没有储能元件，或者储能容量低，用户端可能发生电压闪变;
3）单相运行方式可能会导致原配电网出现不对称，影响用户的用电质量。
此外，当光伏系统重新接入电网时，相位不对称也可能对电网用户造成冲击。
2.2 对电压和频率稳定度的影响
（1）对电压的影响及其控制
随着光伏发电的总比率的增加，不仅会有一些副作用配电系统电压控制，但也可能有一些影响高电压等级电网的电压特性，它甚至可能引起电压稳定问题特别是在负荷中心当大量的光伏系统应用。因此，即使未来有大力发展光伏发电的主导趋势，也需要对此类发电在负荷中心的比例进行适当的控制。
（2）对频率及其控制的影响
光伏系统规模足够大时，电网也可能出现频率问题。例如，由于随机光伏发电的本质，电网频率可能不时波动，将会影响涡轮叶片的生活在某种程度上如果主频率调节主要是由一些燃煤发电机组有关地区的光伏发电渗透。
此外，为了接受光伏系统产生的大量电能，应对光伏系统的时变特性，电网必须有足够的调峰电源，也需要人们重新审视电网调峰容量的传统配置概念。当嵌入大规模光伏系统的局部电网与主电网隔离时，如果在该区域不再安装蓄电池，隔离电网中可能同时出现电压和频率问题。
2.3 对配电系统的其他影响
（1）对保护继电器的影响
由于配电系统位于输电链的末端，其电压水平通常较低。在光伏发电投入实际应用之前，配电系统基本上是一个无源网络，部分地区可能存在零星的小容量水电和燃煤发电。这意味着在大多数径向配电系统中，潮流往往具有单向本质。上述原因使得目前配电网中现有的保护继电器大多具有方向性不敏感的特点。
在与风能、生物质能等并网可再生能源技术混合发电模式下，配电网的潮流可能具有双向特性。如果光伏系统不能与配电网安装的原有中继系统协调并适应，光伏系统接入的支路上的继电器就有可能发生不正确的跳闸，从而导致该支路的功率损失。另外，当光伏发电接入时，通常会减小原有继电器的保护面积，影响保护继电器的正常运行。
2）对配电网可靠性的影响
有時，光伏系统也会对电力系统的运行可靠性产生负面影响，特别是对于位于电网末端的配电系统。例如，当光伏发电所处的交流系统停止运行时，光伏逆变器无法正常换向，这意味着当电力系统确实需要帮助时，光伏发电系统也将无能为力。从这个角度来看，光伏系统的存在并不一定会提高配电系统的可靠性。
此外，不适当的安装位置、容量配置以及光伏发电机组与电网的连接方式也会降低配电网的可靠性。如光伏系统与配电网原有保护继电器协调不良，可能会导致相应继电器误动作，降低电网的可靠性。
（3）影响实时监视、控制和调节分配系统
与高压电网水平相比，传统的分销网络本质上是一种被动和径向电网，其信息收集、开关操作和能源调度是相对简单的，通常是根据统一的订单进行了电力调度部门。然而，光伏发电的渗透会使这个过程变得复杂。光伏系统的渗透，这类型的附加信息应该补充，应该使用这些补充信息监测或控制应用程序，以及由谁，所有这些问题都应该被重新审查根据电网连接光伏发电规则，最后通过调度部门的效用后适当的协调各种可能存在的技术或经济方面。
（4）对电能计量的影响 嵌入式光伏系统在部分配电系统中的潮流可能具有双向特，未来有必要引入双向计量模式来应对配电线路潮流的不确定性。此外，由于光伏发电的主要成本较高，在测量系统中合理反映不同类型发电的价格差异也需要重新考虑。
2.4 对电网调度的影响
（1）难以控制的接口功率交换
光伏系统的发电是强烈受天气条件的影响，这导致其发送功率不断变化的网格，这是不利于顺利功率控制的一个接口连接两个不同的电网。
（2）短期负荷预测难度更大
传统的逐日发电计划主要依靠对负荷的准确预测。由于光伏系统的低电压特性，光伏系统产生的电能往往会被其周围或附近的局部负荷所平衡。然而，光伏发电系统受气候的影响较大，这可能使整个电网的总实测负荷更具有时变和随机性。这意味着光伏发电在一定程度上给短期负荷预测和发电调度带来一定的困难。
3）对原有电力调度管理系统的挑战
此外，光伏系统的投资者可能来自不同的经济实体可能有不同的好处与公用事业公司，会有很多的机会他们启动或关闭光伏系统根据自己的需求，和一起的事实不确定光伏系统的发电，电力公司不得不面对还分布能源管理方面的挑战，而未来大量光伏系统接入输电系统时，高压侧能量管理也可能面临同样的问题。
3 结论
针对大规模发电和高压水平渗透引起的光伏特性，讨论了这些特性对电力系统安全稳定问题的影响，包括电能质量、潮流控制、电压频率稳定性、配电网。
針对光伏系统的实际和研究需求，提出了相应的研究方向：（1）光伏系统建模方法;（2）光伏并网电网动态特性;（3）含光伏系统的电力系统分析计算技术;（4）光伏并网系统控制技术。
参考文献：
[1] 马溪原，吴耀文，方华亮，孙元章.采用改进细菌觅食算法的风/光/储混合微电网电源优化配置[J].中国电机工程学报，2011，25：17-25.
[2] 王皓怀，汤涌，侯俊贤，邹江峰，梁双，苏峰.风光储联合发电系统的组合建模与等值[J].中国电机工程学报，2011，34：1-9+11.
[3] 高明杰，惠东，高宗和，雷为民，李建林，王银明.国家风光储输示范工程介绍及其典型运行模式分析[J].电力系统自动化，2013，01：59-64
（作者单位：国网上海市电力公司培训中心）