光伏并网对电网自动化控制系统的影响

光伏并网对电网自动化控制系统的影响

艾英枝

中国广核新能源控股有限公司 北京 100070

摘要：近年来，我国光伏发电的装机容量不断扩大，光伏发电的系统占比不断提高，已成为我国重要的能源形式之一。由于光伏出力具有随机性和波动性，光伏并网后将冲击电网自动化控制系统，需分析其影响，以保持光伏并网后系统的稳定运行。

关键词：光伏并网；电网自动化；电压控制；发电控制

引言

由于传统能源与资源日益枯竭，并且出现了严重的生态环境污染问题，为了实行可持续发展战略，我国要求各行业领域都必须实行绿色节能，大力推广使用清洁能源和可再生能源。对于电力行业来说，可以采用多种新型清洁能源发电方式，包括水力发电、风力发电以及光伏发电等。所以必须注重能源与资源结构转型，使用清洁型能源替代传统能源。太阳能属于清洁型能源，可以达到节能减排的效果，且获得难度较小，因此被广泛应用于供热与发电领域。在未来的发展中，光伏发电应用会持续扩大，但光伏出力的波动性，对电网运行状态的影响非常大。在实际运行期间，光伏发电会导致自动稳定系统、发电系统与电压系统出现异常状态，所以必须考虑电网自动化与光伏并网的相互影响，全面维护电网自动化的运行效益。

1光伏并网与自动发电控制系统

近年来，我国正大力推进新能源普及，如太阳能、地热能、风能等非常规能源正逐渐代替煤炭、石油等传统能源。在众多新能源项目中，太阳能的应用最普遍，与扶贫、农业、环境等领域的结合也越来越紧密。在政策扶持和国内市场需求被激发的情况下，光伏发电产业增长迅猛。随着市场需求的增长，光伏产业发展模式趋于多元化。“渔光互补”“农光互补”“光伏扶贫”等发展模式的兴起，促使光伏产业生机勃勃。同时，光伏发电出力具有明显的波动性和随机性，且随着太阳光照强度的变化，其大小随之变化。光伏出力在白天太阳光照强度较高时段，出力较大；在夜间光照强度为零时，光伏出力为零。光伏出力显著的波动性给自动发电控制系统（AGC）带来了一定挑战。系统保证稳定运行，首先需保证系统功率的动态平衡。系统中的负荷随时变化，故需配备自动发电控制系统应对负荷的不确定性。当系统接入光伏电站后，因光伏出力具有不确定性，故需设置更多的旋转备用容量，以应对增大的系统不确定性，提高对自动发电控制系统的要求。光伏并网后对系统旋转备用容量的影响，主要包括对系统的正旋转备用容量和负旋转备用容量的影响。当光伏出力较小时，系统中的常规机组需增大发电出力，满足系统的负荷需求；当光伏出力较大时，系统中的常规机组需减小发电出力，保证系统功率时刻保持动态平衡。系统的自动发电控制系统主要是调节系统的频率。电力系统的频率调整按照负荷变化的周期和幅值大小进行区别对待。针对不同的负荷变动分量，划分为一次调频、二次调频和三次调频，从而做到合理分配机组的调节功率，同时考虑系统运行的经济性和计划发电量等因素的影响。一般而言，光伏并网后，需结合自动发电控制和安全约束经济调度构成闭环控制系统，实现稳定断面越限的预防和校正控制，给出系统的最优经济调度策略。

2光伏并网与自动电压控制系统

我国光伏行业发展速度较快，太阳能电池生产、晶硅原材料生产、生产设备制造等领域随之发展。例如，某企业所产生的多晶黑硅太阳能电池，该企业具备先进生产工艺与设备支持，已经成为一流的黑硅电池生产商。在光伏发电过程中，采用电力电子装置，会相应加大无功功率消耗，因此光伏并网会影响自动电压控制系统和系统电压。太阳能资源会影响光伏电站出力，具有波动性、规律性等特点。对于光伏发电来说，有功功率、无功功率会持续变化，且无功功率与电压具有密切关系。当系统的无功功率充足时，则可以抵抗电压冲击；当无功功率不足时，将会降低电压冲击承受能力，还会引发电压崩溃事故。对于系统电压调整方式，主要涉及到优化系统运行，调整并联电容器、有载变压器分接头等。当负荷比较重时，可以将压力比较大的负荷向其他线路转移，保证系统电压调节效果。当地区内光伏并网充足时，首先要确保无功电源的供应效果。当系统比较缺乏无功功率时，通过无功电源及时响应，使系统可以调节电压水平，全面确保系统电压的稳定性。对于含光伏发电经济调度、模型优化控制来说，可以采用系统节点电压加大约束效果。如果节点电压运行状态比较稳定，则必须采用最优化光伏并网控制机制。当无功功率、电压等级均处于标准范围时，可以保证系统运行的稳定与安全。当自动电压控制系统具有显著作用时，在实行光伏大量并网时，应当借助电压调节功能，以此确保光伏并网效果。

3光伏并网与系统稳定控制系统

光伏发电是借助于太阳能的光伏组件吸纳太阳光能，同时将其转换为电能的一种形式，是我国大力宣传和引用的新能源项目。光伏扶贫政策在我国很多地区得到了广泛应用，无论是集中式光伏电站，还是装机容量小的分散式光伏，整个行业装机容量在持续扩增中。因光伏出力具备了浮动性强且不稳定性，系统中方式诸多的辅助服务器以确保光伏并网后系统的安全平稳运转。为了能够保证系统运转的安全平稳，电网都会安装对应的稳定控制装置。如果系统不能正常运转，系统就会将负荷控制开启。按照负荷的重要程度及负荷在电网系统中的分布情况，以达到分层次切除的目的，用以确保系统的稳定运转。如果系统中光伏发电所占比例非常大，而光伏出力又经常变化，则对系统中控制稳定装置的标准要求也很高。待切除负荷以后，便可使用储能装置等多项措施来达到系统弃光电量在合理范围内。

4光伏发电的前景分析

随着信息技术的成熟发展，分布式发电将逐渐形成集中式电站，发电系统可与公共电网连接在一起，并连接到高压输电系统，不仅能够降低成本费用，还可减少运输损耗。当光伏电站建设规模较大时，则会持续降低光伏系统成本。针对具备储能功能的光伏并网体系，能够实现光储调控一体化，确保有功输出的最大化，满足电网调度的要求。通过应用储能系统，能够降低充电对电网自动化控制系统的冲击影响，全面维护电网质量。通过应用先进信息技术，能够提升光伏并网的智能化水平，实现实时运维监控，准确预测发电运行，减少光伏并网难度，全面提升发电效率。在未来发展中，信息技术研究将紧紧围绕光伏并网产业开展，实现光伏并网系统的集成化开发，建立运行能源装置与智能化实验室。应用数字技术，结合云计算技术、物联网技术和智能电网等，全面处理光伏并网的储能调功分配问题，同时优化分层分级控制问题。实行集中式运维管理，建立能源生态体系和物联网体系，促使光伏并网进入到低碳发展阶段。针对光伏并网体系建立分级多目标算法，全面掌握光伏电站信息数据，以此提升信息运行维护效益，确保决策的科学性，提升光伏电厂运行的高效性与安全稳定性。

结语

综上所述，相对于传统能源技术来说，光伏发电不产生环境污染，且应用安全性较高。该项技术采用太阳能原料，可靠性与稳定性较高，且运行期间不会产生噪声污染，不会受到地域与资源分布的影响。我国多数地区都可以应用太阳能资源，扩大光伏发电的发展前景。由于光伏发电具备可持续性特点，将会持续提升能源结构占比。所以必须采用光伏并网处理方式，持续扩大光伏并网规模，促进光伏产业发展。

参考文献

[1]贾科，陈金锋，王和春，等.基于电网电压增量前馈补偿的光伏并网系统故障后恢复控制[J].电力系统自动化，2020，44（9）：78-88.

[2]侯健生，蔡建军，邹家阳，等.计及不平衡电压机会约束的单相-三相光伏并网准入容量优化模型[J].科学技术与工程，2020，20（8）：3075-3082.