太阳能属于一种低碳、绿色、环保的可持续能源，在提倡节能减排的今天得到了广泛应用。而以往电能的产生形式为主要为水力发电和火力发电两种。其中，火力发电是利用煤炭燃烧实现电能源的转变，但煤炭属于不可再生能源，其总量在逐渐降低。水力发电也存在一定问题。太阳能作为一种可再生资源，对环境无污染，利用光伏进行发电符合人类可持续发展的要求。 1 大规模光伏发电系统分析 1.1 光伏电池与阵列模型 在光伏发电电池模型中，将复杂的公式转变为简单形式，进而得出符合光伏发电模型的数学公式。光伏电池阵列模型是通过光伏电池模型的排列与电池模型建构，其核心是光伏阵列与光伏组件的不同进而出现多峰值，多峰值的变动将会影响光伏模型内电池模型的建构。 1.2 内环控制系统 换流器是光伏发电模型的重要组成部分，主要由内环与外环多项控制。外环是对光伏的电压输入参数控制，并将电压输入参数转为内环控制的电流参数，结合得出的参考数选择模型构建方法与手段。内环对电流输入参数控制的原理是外环内电流控制状态的根据。 1.3 动态模型构建 在光伏发电动态建模过程中，使用方程组进行光伏发电全过程系统展开方程式模型建立。此外，将逆变器控制通过方程式展现，MPPT的控制也应转为状态方程表示，然后进行方程结合构成新的方程式，进而建立光伏发电系统模型。 1.4 光伏发电系统模型研究 光伏发电模型在仿真电力系统平台构建中发挥着重要作用，能够加快电力系统费仿真模型研究。目前，我国的光伏发电系统模型分为PSD-BPA和PSASP。该平台的研究将光伏发电的静态与动态予以展开和融合，为建立光伏发电的仿真模型与商业性质的平台系统创造了条件，模型功能的多元化、灵活性也进一步加快了光伏发电模型建构。 2 大规模光伏接入对系统特点的影响 2.1 有功率特点影响 （1）外出力的随机波动性；（2）电源作为无旋转静止构件，经过换流器并网，无转动惯量；（3）低电压击穿过程中有功与无功动态特点；（4）注意电力电子设备安全性，电源抗扰动与过负荷能力降低，容易脱网；（5）经过逆变器并网，包含四象限控制和有功无功解耦控制功能。光伏系统的特点使大规模光伏连接后系统的暂态特点有所改变，对系统运行与计划造成制约影响。 因为光伏运行阶段容易出现波佛纳甘状态，对系统的调频工作和内部有功经济调度运行均有一定影响。频率、质量越限危险性增加，系统备用优化措施受光伏连接影响有明显波动，提高了系统与不同电源的有功频率稳定性、调频参与整定等的运行要求。此外，由于光伏电源属于静态构件，接入范围扩大，光伏电源得到了推广与应用。机组等效变化惯量逐渐缓慢，导致系统应对功率缺额、功率波动状态的降低，严重状态下可能加剧频率恶性。同时，频率下降速度与高度容易造成低频降低运载、高频切机等问题。 2.2 无功电压特点影响 由于大规模光伏连接在恶劣环境下负荷水平差，连接区域电网短路容量较低，光伏电力要借助高压输电网输送。随机波动有功处理击穿较近范围电网和长输电通道，容易导致无功稳定性降低，使得母线中的电压急剧变化。另外，当下并网工作形式的光伏电源无功电压应用效果较低，其电压风险性增加，出现电压质量越限。针对一定区域中光伏分散接入配电网，其接入打破了传统网架模式，逐渐走向双电源电网潮流分布、朝向等有明显改变，降低配电网电压质量，影响程度和光伏接入位置、接入范围、出力等有着直接联系。 2.3 功角运行影响 因为光伏发电电源属于静止元件，因此无功角稳定性缺陷。但是，会受到随机波动和无转动惯量制约，大范围接入光伏能够让原有传输功率、潮流走向等发生变化。再则，问题出现后光伏和正常机组动态支撑性能有着明显不同。因此，光伏接入也会对功角产生直接影响。稳定状态还需要结合电网拓扑、电网运行、光伏电源控制技术、光伏并网位置等。光伏连接出现可能性的影响因素较多，可能优化，也可能恶化，还需要根据实际场景经过仿真分析判断。光伏并网也会由于故障穿越较差造成脱网，特别是集中化、规模化、脱网对系统稳定性造成影响，需要根据具体状况评价大范围光伏脱网的可能性。我国第一个百万千瓦级青海光伏基地的全面接入使运行流向发生变化。同时，光伏电源发生弱动态支持性。比较两方面因素，通达的传输极限减小，经过切除光伏电源、光伏电站配置动态无功补偿，对稳定性的提升具有重要作用。 2.4 小扰动稳定性影响 光伏发电在使用过程中虽然无力学缺陷，但容易导致电气工作上存在诸多不足，在大规模光伏联网后将会对电网运行造成影响。结合相关文献内容，针对特殊光伏功率注入，通过小扰动法研究理论上的2个运行节点中，1个为不稳定，提出不稳定问题多发生在靠近最大功率运行点的高出力水平。此外，也有一些资料针对动态等效阻抗配置展开了全面叙述。其中，对电气运行问题也提出了有效方法。因此，不平衡功率仅能通过光伏电站直流测电容吸收。由于电容能量保存较低，进而造成直流测电压的高速增加，影响电源稳定性。 2.5 配电系统保护影响 当配电网与光伏连接后，导致配网故障状态发生根本性改变，对继电保护与自动装置产生影响。（1）网架结构因为单电源辐射状网络转为双电源、多电源的复杂拓扑结构，造成故障电流改变。同时，馈线保护受到威胁，保护装置出现误动。（2）结合变压器连接形式，逆变器将会横撑接地回路，对零序电流对地电压，对几点保护的动作特点造成制约。（3）并网光伏变换气融入相关保护内容。例如：电压穿越、输出谐波超标、三相不平衡保护等。 3 大规模光伏外送与消纳技术分析 3.1 现代电力输送技术 想要更好地管控长通道外送光伏等波动性电源，本文建议选择通道沿线安装高抗、无功补偿SVC、串补等，综合了不同FACTS设备的交流输送电技术，有效提高了新能源的接受水平。现阶段，我国一些地区安装了该种FACTS设备，效果显著。 ±800kV特高压直流输电技术具有成本投入少、连接密集的直通性特点，为大规模光伏、风电等能源创造了条件。在我国北方地区引进了新型直流输电技术（VSC-HVDC）构建可再生资源电网结构，进而综合不同能源，借助一定规模的资源交互稳定新能源的功率间歇性。同时，对半波长输电与分频输电特征发展空间进行分析，提出适合较远距离的电力传输。 新型直流输电技术取得了不小的成就。不过，VSC直流输电选择自动电源元件因为容量小而受到制约。现阶段，VSC直流输电在远程和储存上均不及以往使用的输电形式，但在电压与传输空间上有了根本性提升。不过，在大范围下分散式光伏并网与地区可再生能源消纳范围是传统直流输电的有效补充。 3.2 光伏电站设计 电站的选址建设规划等应全面考虑到建设时间、地址、空间大小。同时，注意光伏模块与逆变器数量、安装角度、选择试配的逆变装置。在连接形式与穿透率、容量、成本费用上也要着重考量。 电站的空间大小设计包含独立光伏系统、风电系统、柴油机系统的容量规划。直观类形式无须考量光伏处理随意性特点，结合月平均最低光照能源通过公式代入。其优化途径是在机组稳定性分析方法之上注意光伏和荷载随机效果。使用函数表达式拟合系统稳定性、容量大小的关系计算，可以得出电站设计空间大小参数。此外，计算工程投入与运营保护成本、重组成本经济模型进而得出最佳解。 大型并网光伏电站接线拓扑结构划分成集中式、组串式等形式，集中式是常见结构。光伏电站设计需要符合稳定、经济、安全性要求。在确定容量后应确定光伏电站设备、接线形式等相关问题。 光伏的穿透功率定义为光伏占整个发电系统总发电量（或占整个负荷电量）的百分比。较高光伏穿透率将造成馈线的逆向潮流与电压问题，影响变电站电源工作。光伏电站稳定性评价能够平衡光伏发电对系统的安全性贡献，进而得出置信容量量化光伏发电容量价值，作为电力系统设计主要标准。稳定性分析方法其原理是结合电力系统构建的参数，把光伏发电等效作为多状态常规机组，利用参数推算得到不同项目稳定性标准。 3.3 提升光伏消纳的规划技术 大规模光伏电站的设计和电网设计有着密不可分的联系。例如，电网设计、大规模光伏集中式并网中如果发电距离近，可以选择高压电力输送到该省电网荷载基地。同时，加强该省也要优化电网系统。伴随着光伏发电范围的扩展，如果要求接入电网消纳过程中应进行电网连接。伴随着光伏发电范围的扩大，也要做好特高压直流跨区外送通道规划，达到光伏发电大范围跨区外送。针对模式化光伏分散式并网，调节电网结构设计成为当务之急。怎样设计包含光伏发电系统的现代配电网，也是相关单位重要研究课题。此外，光伏布点与容量等也要结合配电网设计协调。 4 结语 本文分别从大规模光伏发电系统分析、大规模光伏接入对系统特点影响、光伏外送与消纳技术分析三方面进行了探讨，我国大规模光伏电站安全控制、鼓励光伏、消纳等有待进一步研究。 参考文献 [1]周星宇．大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]．中国设备工程，2017，（2）. [2]程康．大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]．通讯世界，2016，（4）. [3]王果，李民．关于大规模光伏发电对电力系统的影响分析[J]．科技展望，2016，（17）. [4]毛志成，任强．大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]．科技风，2016，（15）. [5]包玉刚，夏勇．大规模光伏发电对电力系统影响综述[J]．通信电源技术，2016，（4）. [6]张央．大规模光伏发电对电力系统的影响分析[J]．低碳世界，2016，（23）. [7]阳水财．浅析大规模光伏发电对电力系统的影响[J]．科技与创新，2015，（14）. [8]李石头，王小川，胡彦雪．刍议大规模光伏发电对电力系统的影响[J]．河南科技，2014，（20）.
收稿日期：2017-09-21
作者简介：王建峰，供职于广州发展光伏技术股份有限公司。
王建峰，1983年09月出生，汉族，黑龙江哈尔滨人，供职，广州发展光伏技术股份有限公司，职称:工程师，学士学位，研究方向:光伏发电技术
