光伏发电是一种清洁的能源技术，其资源消耗较小，又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，更不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。按照日本的新能源计划、欧盟可再生能源白皮书、美国光伏计划等推算，到2030年全球光伏发电装机容量将达到300GW，届时整个产业的产值有可能突破3000亿美元；至2040年光伏发电将达到全球发电总量的15%～20%。一般情况下，光伏发电系统分为光伏并网发电系统和独立光伏发电系统。其中，光伏并网发电系统由于具有环保且易于安装等优点，再加上商品化技术的成熟和世界各国的计划性推动，已成为发达国家发展太阳能发电的主要选择。在葡萄牙南部穆拉市附近建成的光伏电站，其发电能力达66MW，所产生的电能足以供应21000户家庭日常使用。2012年，全球光伏市场仍将保持增长，全年装机量达24GW，同比增长14%。

同时，我国《可再生能源发展“十二五”规划》、《太阳能光伏产业发展“十二五”规划》和《太阳能发电“十二五”规划》等颁布实施，为产业后续发展奠定了坚实的基础。太阳能利用水平的大跨度的飞跃，使得太阳能发电由原来的试验阶段和局部点缀功能逐步过渡到大规模发电的新阶段，成为一种有竞争力的发电模式。因此，大规模光伏并网发电技术将是今后世界性的一个研究方向。

然而，大规模光伏电源的接入使得电网承载更大的压力，电网接纳光伏电源的能力已成为光伏产业发展的主要制约因素。

1.光伏并网发电系统对电能质量的影响

光伏并网发电对电能质量产生的影响可从三个方面分析。

1）影响电压质量及其控制。太阳能光伏电站的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照以后，输出功率基本为零。而配电网中除了通过投切电容器、电抗器调节电压外，一般很少具有其他的动态无功调节设备，如果该类发电量所占比例较大，其具有的易变性将使配电线路上的负荷潮流极易发生波动且变化较大，从而加大了电网正常运行时的电压调整难度，调节不好会使电压超标。因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素而变化，输出功率不稳定。计算时还要考虑在最严重情况下，发电场输出最大功率时突然切机对系统接入点电压造成的影响。

2）光伏并网发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，并入电网。在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生大量谐波。根据目前并网型逆变器样本资料，逆变后的总畸变率一般为3%～4%，其总畸变率本身已接近或超过相关规定限值。并网时，在与系统接入点的谐波叠加后，有可能超过其限值。因此，在光伏电站并网时需对总畸变率进行实际检测，并根据实际接入容量比例分摊谐波限值。如果经过检测无法满足国家标准的相关规定，则需采取加装滤波装置等相应措施。当电网内的光伏并网发电系统规模有限时，如果滤波器的设计良好，则由直流电逆变为交流电时所产生的谐波对交流电网造成的谐波污染一般能控制在可接受范围内。但是，随着今后光伏并网发电系统的逐步推广和发电容量占电网内总发电量比例的上升，有关的谐波管理应得到重视。如果管理不当，来自多个谐波源的能量叠加，有可能达到电能质量不可接受的谐波含量。当系统内含有多个谐波源时，还可能在系统内激发出谐波的功率谐振。另外，当逆变器输出轻载时，谐波会明显变大，在10%额定出力以下时，电流THD（总谐波失真）甚至会达到20%以上。

3）孤岛效应影响用户用电质量。当电力公司的供电因故障、事故或停电维修而跳脱时，各用户端的太阳能并网发电系统有可能和周围的负载构成一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛，即所谓的孤岛效应。当光伏并网系统越来越多时，产生孤岛效应的概率也将增加。一般来说，孤岛效应对整个配电系统及用户端造成的影响主要包括：①重新恢复供电时，因相位不同步而对电网用户造成冲击；②电力孤岛区域供电电压和频率不稳定；③当太阳能并网发电系统切换成孤岛方式运行时，如果该供电系统内无储能元件或其容量太小，会使用户负荷发生电压闪变；④太阳能供电系统脱离原有的配电网后，其原来的单相供电模式可能造成其他配电网内出现三相负载不对称的情况，因而可能影响到其他用户的电压质量。

2.光伏并网发电系统对电网安全运行的影响

1）当光伏并网发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后，不仅可能对配电网内的电压控制产生影响，还可能影响到高压电网的电压特性，甚至引起电压稳定性问题。例如，某大区电网的重负荷区内安装了大量的光伏发电系统。考虑到这类地区的日照特性基本相同，当该地区的日照出现突变时，由于太阳能功率的大量减少，将导致该地区出现大量的功率缺额。若该缺额很大，则可能对该地区整个的电压质量甚至电压稳定性产生不利影响。

2）当光伏并网发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后，由于光伏发电具有一定的随机性，因而可能导致电网内的频率时常出现波动。如果系统内的一次调频机组采用火力发电机组，将会在一定程度上影响到汽轮机叶片的使用寿命。

3）当系统内出现了孤岛效应后，在该孤岛内缺少蓄电池的前提下，如何确保该孤岛系统内用户的供电电压质量和频率稳定性，这也是光伏并网发电系统中需要重点解决的技术问题。

3.光伏并网发电系统对配电网的影响

目前，我国的中低压配电网大都是单电源、辐射状网络。配电网的继电保护相对于高压大电网的继电保护而言，保护配置相对简单。配电网中常用的继电保护有电流保护、电压保护和距离保护等。由于辐射状的配电网潮流具有单向流动的特点，并考虑到绝大多数的故障都是瞬时性故障，故为了简化保护配置。传统配电网的典型保护方案通常是主馈线采用无时限电流速断保护和定时限过电流保护组成的两段式保护，并配置三相一次重合闸（前加速）装置。

由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定性差、调节能力差的电源，光伏电源接入配电网后，将会对短路电流有所贡献。其贡献和光伏电源与故障点的相对位置、线路阻抗、光伏电源容量等有密切的关系。光伏电源对短路电流的贡献将会改变配电网节点的短路水平，对配电网设备的容量、继电保护整定、光伏电源投资优化等有重要参考价值。光伏的高渗透率接入使得配电网从传统的单电源放射型网络变为双端甚至多端网络，这可能改变故障电流大小、持续时间及方向，从而导致继电保护误动、拒动或失去选择性；导致熔断器误动作而失去选择性。光伏组件的故障也会对电网运行和其保护产生不利影响。另外，当光伏发电系统反孤岛保护时间与自动重合闸等装置失调配合时，可能产生非同期合闸等问题。伴随着光伏接入容量的增大，现有的光伏并网逆变器的控制保护功能与技术将不能满足输配电网安全稳定运行的要求，制约光伏并网的发展。除此之外，光伏电站的供电时间也容易受外界环境的影响。它可能会频繁起停，也可能会使光伏发电系统停运，进而无法提高供电的可靠性。电网故障时配电网的继电保护误动作，以及光伏并网发电不恰当的安装点、容量和连接方式都将降低配电网的可靠性。

4.光伏并网发电系统对电网调度的影响

光伏并网发电系统受光照强度等气候条件影响较大，导致其向交流电网输送的功率处于不断地变化中。如果某一输电断面的某侧电网内有容量相对较大的光伏并网发电系统存在，则会导致该输电断面的功率出现波动，这将不利于断面两侧系统间交换功率的平稳控制，并网发电后会对调度运行都将造成一定影响。

传统的电网发电计划，尤其是日发电计划，主要依赖于对负荷的准确预测。光伏并网发电系统所发出的电能往往能就地平衡掉当地的某些负荷，由于光伏并网发电系统的发电量受气候影响显著，使得整个电网的负荷总量具有更多的时变性和随机性，从而给电网的发电计划，尤其是日发电计划的合理制定，带来了较大的难度。(www.daowen.com)

5.其他方面的影响

由于光伏是在白天发电，当伏并网发电系统不安装储能系统且并网运行时会产生一定量的反向功率输入电网，此时会由于云层的变化而造成公共连接点的电压波动和电压升高。如果与各相负荷连接的光伏发电设备数量不均匀的话，较易产生不平衡电流和不平衡电压。

除上述之外，光伏并网发电系统的接入还关系到相关法规、标准的制定，以及对电网仿真分析和计算需求的产生一定的影响。

为解决光伏发电并网难题，各相关部门全力支持新能源发展和分布式能源接入，在电网建设、并网管理、工程示范、技术研究等方面开展了一系列工作。

从技术领域方面，应进行以下相关方面的研究：

1）从安全运行角度需要进一步研究太阳电池的最大功率转换追踪控制技术、光伏并网发电系统的孤岛效应检测技术和光伏并网发电系统重新恢复供电时的相位同步技术。

2）研究光伏并网发电系统各种组件及相应控制保护的数学建模方法，建立适合于电网静态和动态分析的光伏并网发电系统模型，并在现有的电力系统仿真软件中实现。

3）在电磁暂态研究中，恰当地选取待研究系统规模，进行系统化简或等效，其中包括外部网络和配电网的化简或等效。

4）在包含大规模光伏电站的电力系统中，研究如何通过改进对光伏电站的控制来改善电网的运行特性和安全性。

5）研究包含大规模光伏电站的电力系统及小规模配电系统中有关光伏电站的实用监视和控制技术。

6）从机电暂态角度，研究光伏并网发电系统接入后对电网安全稳定可能造成的不利影响和其他新的技术问题，比如研究结果的可信度和准确性等。

7）深入研究光伏发电新技术。

为了适应大规模、高容量光伏发电接入电网运行，同时保证电网的安全稳定，有必要研究光伏并网发电的新技术。其中，储能技术、谐波抑制、新型并网逆变器等将成为主要的研究内容。

①储能技术。储能技术是未来电力系统中重要的新技术，尤其是在含有高比例光伏发电这类变化电源系统中更有应用前景。光伏系统通过并网逆变器与储能装置配合，进行能量的释放或储存，可以实现频率/有功的调节，也可以平抑电网功率的波动，限制系统故障电流和平衡负荷的扰动，提高系统的静态和暂态稳定性。主要的储能设备有蓄电池、超级电容器、超导储能装置（SMES）、压缩空气储能（CAES）等。

②谐波抑制。光伏发电工作在低功率区时，会有较大的电流谐波。针对现有并网逆变器，谐波抑制的有效解决方案有群控技术（Team）和综合补偿控制两种。群控技术是指为了使逆变器工作在高效区，将多台逆变器并联运行，逆变器间进行协调控制的一种方式。由于群控时各逆变器的直流侧并联，提高了直流侧的容量，相对于非群控的低功率状态，通过协调控制使得此时只有1台逆变器工作，可使此逆变器工作较高效率区，从而可以提高逆变器发电功率、降低谐波含量。综合补偿控制技术则是在逆变器中集成交流滤波器[主要为有源滤波技术（APF）]，通过综合控制，实现输出有功/无功功率控制的同时抵消产生的谐波分量。

③新型并网逆变器。由于现有并网逆变器的功能不能很好地满足光伏发电大容量接入配电网的要求，需要研究新型的逆变器。它应该具有有功/频率控制、无功/电压控制功能及与调度自动化的通信能力。另外，光伏发电接入的配电保护算法、光伏发电的无功控制与配电无功调节装置的协调也是需要研究的内容。

[1]1亩=666.6·m²，后同。