朱 帅，宋仲康

（武汉理工大学 湖北 武汉 430070）

1 引言

在经济的快速发展下，社会的用电量逐年增加，因此为了环节经济发展和环境污染、资源短缺之间日益突出的矛盾，我国开始大力发展新能源发电技术，发展较快的为风电和光伏。规模化光伏发电系统不但能够有效的缓解能源危机、控制环境污染，而且还更加高效、安全、便利。但是相比于传统的火电和水电电源，光伏发电具有差异化的特点，主要体现在以下几个方面：一是注入功率动态特性方面、二是电气响应特征方面、三是并网系统的结构特点方面。

2 光伏发电的发展

由于我国地处北温带和亚热带，大约有三分之二以上的国土面积全年的日照时间超过2300小时，因此太阳能资源十分丰富。所以对太阳能进行开发和利用能够有效缓解我国能源紧缺的现状，对于我国社会的可持续发展有重要的促进作用。光伏发电系统主要分为三种，一是独立光伏发电、二是并网光伏发电、三是分布式光伏发电。所谓独立光伏发电也成为离网光伏发电，主要是通过太阳能电池组件、控制器、蓄电池实现的；分布式光伏发电系统也称为分散式发电系统，通常是在用电现场配置小型的光伏发电系统来满足用户的希求，在太阳能的辐射下通过太阳能电池组件阵列将其转换为电能；并网光伏发电是通过将太阳能组件产生的直流在并网逆变器的转换下，变成符合要求的交流电接入公共电网。并网光伏发电系统还可以分为带蓄电池和不带蓄电池两种，对于带蓄电池的并网发电系统来说，具有可调度性，还有紧急备用电源的功能，通常被应用在民用建筑中，对于不带蓄电池的并网发电系统来说，则不具备备用电源以及可调度的功能，通常在大型系统中使用[1]。

3 光伏发电电源和汇集支路的暂态功率特性

规模化光伏并网系统暂态功率特性包括光伏发电单元的暂态功率特性和汇集支路的暂态功率特性。对于光伏发电单元的暂态功率特性，在受到干扰之后，光伏发电单元的动态行为是由交流母线电压这一交流输入电气量决定的，由于电压的跌落，导致VCS的有功输出受阻，功率随之减小，而这种功率上的不平衡会导致直流电压的上升，光伏电池的特性又有助于抑制这种上升。在光伏发电单元各个电气暂态相应特征的表现下，能够看出光伏电池功率能够随着直流电压迅速的进行调整，从而抑制交流受扰过程中的VSC输出功率的波动，维持有功输出。对于光伏发电汇集线路暂态功率特性来说，为了维持光伏电池功率输出和VSC交流功率输出的动态平衡，将会引起汇集电路出现低电压大电流的情况，从而产生无功损耗，制约系统电压的恢复。

4 暂态功率特性和改善对策

由于规模化的光伏并网系统改变了电网原有的线路传输功率、潮流分布和电能质量，因此会对电网的暂态稳定性造成影响。

4.1 暂态功率特性

光伏发电单元和汇集线路功率特性共同决定了光伏并网系统的暂态功率特性，因此在交流电网受到干扰导致电压降低的时候，主要表现出以下几个特性。首先，在交流电压下降的时候，VSC的控制系统能够在第一时间进行相应，从而进行调控，增大输出交流电流，维持光伏电池注入功率和输出功率的平衡，将直流电压维持在设定好的目标值上，由此可见，光伏发电单元具有电流大、电压低的特点；其次，在交流电压下降的时候，由于并联运行的各个光伏发电单元的输出电流都会增大，所以导致汇集线路中的电流明显的增加，会带来更多的无功损耗，因此汇集线会从汇集站吸收无功，表现出动态无功负荷的特点；最后，在电气距离增加或者是输送功率增大的影响下，引起电压降低，从而导致汇集线路吸收的无功会以非线性的形式增加，在接近满载运行的情况下，限幅会影响VSC交流电流的增幅，导致汇集线路吸收的无功净增量减少，但是增速和峰值持续的时间都会增大；除此之外，在有多个光伏发电汇集支路接入到汇集站的时候，由于通过并网线路与交流电网连接，所以会在并网线路上进一步放大这种低电压大电流的特性，并网线路所吸收的无功严重影响了交流电压的恢复[2]。

4.2 暂态无功特性的改善对策

由光伏发电并网系统暂态功率特性可以看出，暂态无功需求受到汇集线路阻抗、输送功率水平和无功支撑能力等方面的影响，所以可以从以下几个方面改善暂态无功特性：首先，要优化光伏并网的系统结构，在接入主网的时候采取就近原则，或者是通过增加串联电容进行补偿的方式，从而减少汇集线路的电气距离，除此之外，还可以进行均匀分散的接入，以免汇集线负载过重；其次，要增加灵活调控的一次设备，以抑制交流电流增长或者降低送电功率的方式，实现汇集电路上无功损耗的减少，可以通过SVG的动态无功补偿装置，提升交流电压实现抑制暂态增幅的目的，也可以在汇集线的发电侧设置耗能电阻或者储能装置，通过在低压的时候吸收光伏有功的方式，降低汇集线的送电功率；再次，要对光伏发电单元的自身控制进行改进，在VSC定直流电压控制器中，增加低压限功率的功能，使其能够对交流电压跌落进行感知，从而通过降低输出功率来减少汇集线的无功损耗，除此之外，还可以增加VSC的自动切换控制方式的功能，在交流电压跌落的时候，能够快速的将无功功率控制切换为定电压控制，从而增加换流器的无功输出，实现一直交流电压跌落的目的；最后，要对控制策略进行完善，当无法第一时间恢复交流电压的时候，能够通过拉停少量汇集线路、对低压脱网保护参数进行差异设置的方式，减少汇集线路的输送功率，从而实现降低无功需求的目的，确保其他大容量光伏电源能够稳定、安全的运行。

5 结语

总而言之，随着环境的不断恶化和不可再生资源的消耗，推动了太阳能等可再生清洁能源的发展，利用太阳能进行发电的规模化光伏并网系统对于我国来说，不但能够缓解资源紧张的情况，还能够提高用电质量和发电效率，但是其暂态功率特性会影响电力系统的安全稳定运行，需要不断的进行深入的研究和分析。

[1] 郑超，林俊杰，赵健，等.规模化光伏并网系统暂态功率特性及电压控制[J].中国电机工程学报，2015，(5)：1059-1071.

[2] 鲁胜清.含光伏发电系统的配电网电压控制研究[D].合肥工业大学，2016.