王 歡
（國網湖北省電力有限公司超高壓公司，湖北 武漢 430050）
0 引 言
大規模光伏發電系統是指將大量光伏電池組成的光伏電站接入電力系統，利用光能轉換為電能進行發電的系統。光伏發電系統主要借助半導體界面的光伏效應將太陽能轉化為電能。通過對光伏電池進行串聯管理、施加隔離保護、安裝電流傳感器，能夠將光伏發電系統吸收的太陽能順利轉化為電能。大規模光伏發電系統具有清潔、環保、資源豐富、分布廣泛等特點，可以有效減少對化石能源的依賴，緩解能源緊張壓力，具有良好的經濟和社會效益。通過采用大規模光伏發電，不斷提升對光伏發電調度管理和安全設計的控制力度，充分發揮光伏發電的應用優勢。隨著光伏技術的不斷進步和推廣應用，大規模光伏發電系統將逐步成為未來能源發展的主要方向之一。
1 大規模光伏發電對電力系統的影響
1.1 質量影響
由于光伏發電系統的輸出功率隨著太陽輻射強度的變化而波動，因此光伏發電系統的接入會對電力系統的電壓穩定性產生影響。特別是在光伏發電系統的接入容量較大時，電網電壓的波動會反過來影響光伏發電系統的輸出，從而影響系統的電壓穩定性。大規模光伏發電系統接入電力系統后，其瞬時功率響應也會對電力系統產生影響[1]。瞬時功率響應不足會導致電力系統中的設備熔斷或停機，而瞬時功率響應過大則會對電力系統的穩定性產生不利影響。并且光伏發電系統的輸出電流具有諧波等非線性特性，因此其接入電力系統后會對電力質量產生影響，如引起諧波污染、電磁干擾等。
雖然光伏發電系統的并網可以加快電力系統的輸電速度，但在并網過程中可能會產生諧波電流，導致電流波形穩定性不足。由于諧振效應，電容器容易出現深度諧波失真問題。接入分布式光伏電源后，電力系統中的諧波成分會增加，諧波污染也會增加，對電網產生一定影響，甚至可能導致電能質量下降。
1.2 穩定性影響
由于光伏發電系統的輸出功率與太陽輻射強度有關，因此其接入會對電力系統的頻率穩定性產生影響[2]。特別是在光伏發電系統接入容量較大時，其波動會導致電網頻率波動加劇，從而影響電力系統的頻率穩定性。并且大規模光伏發電系統的接入還會對電力系統的動態穩定性產生影響。光伏發電系統接入后，由于其輸出功率的變化具有一定的時間常數，因此會導致電力系統的振蕩頻率和阻尼變化，從而影響系統的動態穩定性。此外，如果光伏發電系統出現故障或停機，則將導致電力系統的供電能力下降，甚至可能導致系統崩潰。2011 年，德國的逆變器發生大規模故障，導致500 萬kW 的光伏電站瞬間停止發電。這次故障引起了對光伏發電系統穩定性的廣泛關注，促進了逆變器技術的改進和電力系統對光伏發電的管理。
1.3 運行效率影響
由于光伏發電系統接入電力系統后，電流的傳輸距離和功率的分配方式發生了變化，因此會影響電力系統的損耗率[3]。大規模光伏發電系統的接入還會對電力系統的運行成本產生影響。一方面，光伏發電系統接入后可替代一部分傳統的火電發電，從而降低燃料成本；另一方面，光伏發電系統的建設和維護成本較高，會對電力系統造成一定的經濟壓力。
1.4 規劃和管理影響
光伏發電系統的接入需要進行合理的系統規劃，包括容量規劃、接入點選取等，合理的規劃可提高電力系統的可靠性和穩定性。大規模光伏發電系統的管理也是一個重要的問題，需要建立完善的管理機制，包括監測、維護、故障排除等。同時，還需要加強對光伏發電系統的監管，防止對電力系統產生不利影響[4]。
1.5 降低電網的無功平衡性
考慮到大規模光伏發電系統大多被架設在荒漠、高原等人煙稀少、光照充足的環境中，系統產生的電量除了少量供應當地用戶近距離使用，更多是通過遠距離傳輸的方式，滿足電能相對匱乏區域用戶的用電要求。對電能供應情況進行分析后可以發現，在短距離供電過程中，大規模光伏發電系統產生的電能電壓能夠滿足用戶的實際需要，但在長距離傳輸后，大規模光伏發電系統產生的電能電壓可能會因傳輸過程中電壓隨機波動情況的出現，導致出現電能無法切實滿足用戶需要的情況。
這種電網無功運輸現象的出現不僅會對母線電壓產生影響，增加電網系統無功調節的難度，進而降低電網整體電能運輸質量，還會給電能供應區域的社會經濟穩定發展造成嚴重的阻礙。總之，現階段，我國大規模光伏發電系統所能支持的遠距離電能傳輸電壓都不夠高，無法切實滿足輸電工作的實際需要，降低了電網系統的工作質量。
2 大規模光伏發電的應對策略
2.1 儲能技術
大規模光伏發電系統的輸出功率具有時變性和不穩定性，這是由于光伏發電的輸出會受到日照、天氣和季節等因素的影響。電力系統需要保持供需平衡和電壓穩定，以確保電網的穩定運行和可靠性。儲能技術是解決這一問題的重要手段之一[5]。目前，常用的儲能技術包括電池儲能、壓縮空氣儲能、水泵儲能等。通過對光伏電池進行串聯管理、施加隔離保護、安裝電流傳感器，能夠將光伏發電系統吸收的太陽能順利轉化為電能。這些技術可以平衡光伏發電系統輸出功率和電力系統負荷需求之間的差異，提高電力系統的穩定性和可靠性。例如，在美國，大規模的鋰離子電池儲能系統已經被廣泛應用于光伏發電系統，可以在光伏發電系統產生的電力超過負荷需求時進行充電，在光伏發電系統產生的電力不足以滿足負荷需求時進行放電，平衡光伏發電系統輸出功率與電力系統負荷需求之間的差異。
2.2 電力電子技術
電力電子技術是大規模光伏發電系統中不可或缺的核心技術之一。通過電力電子技術，可以將光伏發電系統的直流電轉換為交流電，實現高效轉換和控制。其中，最常見的電力電子器件是逆變器，它可以將直流電轉換為交流電，并控制輸出電流的波形和頻率，以滿足電力系統的需求。此外，電力電子技術還可以實現光伏發電系統的最大功率點跟蹤、功率因數校正和電壓控制等功能。最大功率點跟蹤技術可以實現在不同光照條件下，使光伏電池組的輸出功率最大化，從而提高系統的效率。功率因數校正技術可以優化系統的功率因數，避免系統中出現無效功率，提高系統的穩定性和效率。電壓控制技術可以控制系統的電壓，保證電力系統的穩定性和可靠性。
2.3 智能電網技術
智能電網技術是一種非常有前途的技術，在光伏發電系統中的應用前景廣闊，是在現代電力工程領域的一個創新方向。它將先進的信息技術、通信技術與傳統電網系統相結合，提供更為智能、高效且環保的電力服務。智能電網技術是指利用信息通信技術和自動化技術，實現電力系統的智能化和自動化。采用智能電網技術可以實現光伏發電系統和電力系統的協調運行與優化調度，提高電力系統的效率和可靠性。同時，智能電網技術還可以實現對光伏發電系統的遠程監測和管理，及時發現故障并進行處理，避免對電力系統的影響。
2.4 光伏發電廠規劃設計技術
現階段，為了切實提升電能質量，給用戶帶來良好的用電體驗，在大規模光伏發電系統并網前，需要對可能影響電能質量的因素進行分析，并以此為基礎，將光伏發電廠規劃的設計技術應用到大規模光伏發電系統的并網工作中，提升電能轉化與輸送工作的可靠性。
例如，在大規模光伏發電系統的架設過程中，可以通過提升光伏發電站施工地點的可靠性、切實解決光伏發電站裝機容量問題、優化光伏發電站規劃建設過程中的投資時間與投資成本、增強光伏發電站規劃設計的安全性與可靠性、保證光伏模塊與逆變器模塊使用數量滿足施工活動需要，提升大規模光伏發電系統的整體工作質量，降低發生電能質量問題的可能性。
2.5 應用新型輸電技術
近年來，隨著光伏發電裝機量的不斷增加，如何降低大規模光伏發電系統對電力系統的影響，提升電力供應的可靠性，成為人們關注的重點。一般情況下，大規模光伏發電系統并網后，會對公共電網無功電壓產生較大的影響。同時，大規模光伏發電系統遠距離傳輸的電能將會在電能傳輸過程中產生一定的電力波動，影響電網系統的平衡性。
現階段，為解決上述問題，對大規模光伏發電系統的輸電技術進行優化，成為保證電力系統正常運行的重要舉措之一。例如，可以通過在一些海拔較高并且日照充足的大規模光伏發電系統架設區域安裝合適類型的FACYS 裝置，不斷提升大規模光伏發電系統的對外輸電能力，實現電能遠距離傳輸過程中波動問題的有效改善[6]。
2.6 市場機制改革
市場機制改革是指通過調整市場規則和價格機制等手段，促進清潔能源的發展和應用。通過實行綠色證書制度、智能電價制度等市場機制改革，可以提高清潔能源的競爭力和市場占有率，從而推動大規模光伏發電系統的發展和應用。除了綠色證書和智能電價制度，市場機制改革還包括其他的手段和政策。例如，采用可再生能源配額制度，鼓勵電力企業在其電力銷售中使用可再生能源，促進清潔能源的應用。同時，通過完善市場化交易機制，如直接交易、競價上網等方式，提高光伏發電系統的市場化程度，降低其發展成本。
3 對大規模光伏發電發展的展望
隨著技術的不斷進步，大規模光伏發電系統的效率和穩定性將不斷提高。高效光伏電池、新型太陽能材料、新型儲能技術等技術的應用將有助于提高光伏發電系統的性能。預計未來光伏電池的價格將進一步下降，促進大規模光伏發電系統的快速發展。各國政府將繼續出臺鼓勵清潔能源發展的政策，為大規模光伏發電系統的發展提供政策支持。例如，各國政府將加大對光伏發電的補貼和獎勵力度，促進清潔能源的發展和應用。并且隨著智能化技術的不斷發展和應用，大規模光伏發電系統的智能化程度將不斷提高。通過智能化技術的應用，可以實現對光伏發電系統的遠程監測和管理，提高系統的效率和穩定性。
4 結 論
大規模光伏發電系統是一種清潔、可再生能源，對電力系統產生了積極影響，同時也帶來了一些挑戰。在影響方面，大規模光伏發電系統對電力系統質量、電壓穩定性、瞬時功率響應和電力質量污染等方面均有影響。針對這些影響，應對策略包括儲能技術、電力電子技術、智能電網技術以及市場機制改革等。在未來，隨著技術的進步、價格的下降和政策支持的不斷增強，大規模光伏發電系統將得到快速發展，同時也將與其他能源形成協同發展，推動清潔能源的發展和應用。
