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1、学校代码： 10286分类号： 密 级： UDC： 学 号： 光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究 研究生姓名： 导师姓名： 申请学位类别 学位授予单位 东 南 大 学 一级学科名称 论文答辩日期 20 年 月 日 二级学科名称 学位授予日期 20 年 月 日 答辩委员会主席 评 阅 人 20 年 月 日硕士学位论文光伏并网发电系统对电网运行的影响及其应对策略研究专业名称： 研究生姓名： 导师姓名： STUDY ON THE IMPACT OF PHOTOVOLTAIC GRID-CONNECTED POWER GENERATION SYSTEM ON POWER GRID OPE
2、RATION AND ITS COUNTERMEASURESA Dissertation（Thesis）Submitted toSoutheast UniversityFor the Academic Degree of Doctor (or Master) ofEngineering(or Science etc)BYName of Graduate (such as HAN Bao-cheng)Supervised byName of Supervisor and Title (such as Prof. FENG Chang-gen)andName of Second Superviso
3、r and TitleName of Department (or School)Southeast UniversityDate of Submit (such as April 2002)东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 日期： 东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技
4、术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要摘要能源和环境危机已经成为影响人类持续发展的重要问题，寻找新的清洁能源是解决这一问题的根本方法。光伏发电以其无污染，可再生的特性越来越受关注，光伏发电产业迅速发展。但是光伏发电本身的随机波动性，会对电网的安全稳定运行造成威胁
5、。为了使光伏能更好地服务于人类，服务于电网，本文对光伏发电接入后对电网运行的影响开展研究，并探讨改善影响的措施。而随着我国光伏技术的发展光伏电站建设已经进入MW级时代，在国家政策层面的支持和推动下，我国的光伏电站总量将进入快速增长期，2015年并网容量已达到100 MW以上。对小容量的光伏电站来说，在传统的配电网运行控制中，基本上被当作一个小的随机负荷可以被系统强制切除，这样可以简化配电网运行方式。但是，大容量兆瓦级光伏电站的并网，会对配电网的电网潮流、线路损耗、电压分布、配网继电保护配置等方面带来较大的冲击，已经不能简单地作为小电源或负荷来处理，亟待研究MW级光伏电站的出力特性，以及给传统配
6、电网带来的影响。本文做了以下工作：（1）在光伏阵列、最大功率跟踪方法的基础上，建立了光伏系统的数学模型，在PSASP电力仿真系统中建立光伏发电系统仿真模型，通过仿真结果验证了模型的正确性；（2）研究了光伏发电并网对配电网潮流、电压分布以产生的影响，不同容量、不同接入位置对电压的影响区别很大；（3）研究了光伏电源并网对继电保护动作特性的影响，总结了现有保护的优缺点并提出了解决方案（4）通过算例实际数据验证了以上结论。关键词：光伏并网；并网仿真；工程模型；配电网IAbstractAbstractEnergy and environmental crisis has become an import
7、ant issue affecting the sustainable development of mankind. Photovoltaic power generation has attracted more and more attention due to its pollution-free and renewable characteristics, and the photovoltaic power generation industry has developed rapidly. However, the random fluctuation of photovolta
8、ic power generation itself will pose a threat to the safe and stable operation of power grid. In order to better serve human beings and power grid, this paper studies the influence of photovoltaic power generation on power grid operation and discusses the measures to improve the influence.With the d
9、evelopment of photovoltaic technology in China, photovoltaic power station construction has entered the MW era. With the support and promotion of national policies, the total number of photovoltaic power stations in China will enter a period of rapid growth. In 2015, the grid-connected capacity has
10、reached over 100 MW. For photovoltaic power stations with small capacity, in the traditional operation control of the distribution network, it is basically regarded as a small random load that can be forcibly removed by the system, so as to simplify the operation mode of the distribution network. Ho
11、wever, the large capacity of megawatt grid photovoltaic power station, the power grid tide, line loss and voltage distribution, distribution network relay protection configuration larger impact, can no longer be simply treated as small power source or load, under-researched MW level output character
12、istics of photovoltaic power station, and the influence to the traditional distribution network. This paper does the following work:(1) on the basis of photovoltaic array and maximum power tracking method, the mathematical model of photovoltaic system is established. The simulation model of photovol
13、taic power generation system is established in PSASP power simulation system. The correctness of the model is verified by simulation results.(2) the influence of photovoltaic power generation grid-connection on power flow and voltage distribution of distribution network is studied. The influence of
14、different capacities and access locations on voltage varies greatly.(3) the influence of photovoltaic power grid connection on relay protection action characteristics was studied, the advantages and disadvantages of existing protection were summarized, and solutions were proposed(4) the above conclu
15、sions are verified by actual data of calculation examples.Keywords: Photovoltaic grid；Grid-connected simulation； Engineering model；Power distribution networkIII目录目 录摘要1Abstract2第1章 绪论61.1选题背景及其意义61.2国内外研究现状及发展动态研究71.2.1 国内外研究现状71.2.2 光伏并网技术研究现状91.3课题研究内容12第2章 基于 PSASP 软件的并网光伏电站的仿真模型142.1光伏电池的发电原理142
16、.2 光伏电池工作特性142.3 光伏发电系统的结构162.4 光伏电池数学模型182.5 MPPT算法202.5.1恒定电压控制法202.5.2 电导增量法212.5.3 扰动观察法232.6逆变器模型242.7单级型光伏发电系统基于PSASP的暂态建模252.8仿真结果对比262.8.1 光照变化的扰动特性262.8.2电网故障扰动动态特性272.9 本章小结27第3章 并网光伏发电系统对电压分布的影响283.1光伏发电系统配电网三相潮流计算283.2我国的配电网络结构313.3 配电网稳态潮流和电压分布分析323.3.1 光伏电源在不同位置并网对电压分布的影响323.3.2 不同的接入容
17、量对配网电压分布的影响343.4 分布式电源接入对电能损耗的影响343.5 本章小结37第4章 并网光伏发电系统对配电网继电保护的影响384.1光伏电源的孤岛效应384.2 配网并入光伏电源对线路保护特性的影响404.2.1 对线路保护动作正确性的影响404.2.2 对线路保护保护范围的影响404.2.3 对线路保护保护选择性的影响414.2.4 对断路器及线路重合闸的影响414.3光伏电站投产后对地区电网继电保护的影响分析414.3.1 光伏电站投产后对线路重合闸的影响414.3.2 光伏电站投产后对 66kV 线路备自投的影响414.3.3 光伏电站投产后的防孤岛保护424.4 本章小结4
18、2第5章 光伏电站并网算例分析435.1光伏电源的接入标准435.2 实际算例分析435.2.1电量分析预测435.2.2 并网仿真455.3 本章小结47第6章 结论与展望48参考文献49致谢55V第1章 绪论第1章 绪论1.1选题背景及其意义随着中国经济持续增长，各个地区对电能的需求量可谓不可同日而语。由于东部、西部经济发展、能源分布的不平衡，“西电东送”解决了这一矛盾。由于传统火电发电用煤来产生能源动力，对于环境、能源、大气等方方面面对人类产生了影响。比如煤炭资源的不可再生性、北方严重的“雾霾”天气等等。于是，人们试图寻找其他的能源转换成电能。西部具有其独特的优势：昼夜温差大、光照时间长
19、、太阳辐射强、人口稀疏等优势，为大力发展光伏发电奠定了基础。2015年，国家能源局相关机构印发了关于征求太阳能利用“十三五”发展规划意见的函。有序开展光伏电站建设：重点在资源条件好的西部地区，具备大规模接入和本地消纳能力的地区，结合外送逋道规划，有序建设光伏电站基地，确保光伏电力消纳。在中东部地区，结合土地综合利用，采煤沉陷区治理等，适度建设光伏电站项目。到2020年、光伏电站累计规模达到800万千瓦。2016年，国家能源局下达关于2016年光伏发电建设实施方案的通知。2017年，国家发展改革委发出关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知，适当降低新建陆上风电和光伏发电上网标杆电价。光伏
20、电站的特性是白天发电，夜间不发电。一般光伏电站的发电量曲线是比较固定的，在太阳升起前处于停机状态，太阳升起后照度达到一定值时开始并网发电，中午照度达到最大值时发电量最大，到傍晚太阳落山后再次停机，在晴天的情况下每天都可维持这样的发电规律。这种发电特性就使得光伏电站所发电量适用于白天负荷较大的工业和商业，而不适用于民用负荷，除非再配置储能装置。光伏电站并网运行对电网可能系统潮流、无功电压、短路特性、暂态稳定性等造成的影响，造成电压偏差、电压波动及电网谐波等影响1。尽管光伏发电会带来种种问题，它的可再生性值得大力推崇，渐渐减少传统方式发电的比例。为我国未来电能的发展带来一片新光景。从光伏发电系统的
21、运行方式角度，我们主要将太阳能光伏发电分为独立运行 和并网运行两种方式。目前，全世界在光能发电系统研究的方向是并网光伏发电。它是人类使用电力技术大规模利用转换太阳能的步伐中极为重要的一步。对光伏 电源来说并网运行的发电模式有很多优点，第一，光伏电站因并入系统，对负载来说，解决了供应电能质量和发电稳定性能的问题；第二，运用控制技术手段让 光能电池一直在最大功率值上工作，让电力网络能够容纳光能系统发出的全部电力，提升了光能发电的工作效率；并且，我们削减掉蓄电的冗余步骤，减少了电 能的存储环节和运放电池造成的能量的损失，缩减了运维资金的投入，在一定程 度上避免了在此过程中造成的环境污染的问题。从最近
22、几年看，由于光伏电池成 本的大幅减低以及新能源产业技术及供应链的飞速发展，并网运行的发电系统会 被人们所运用的越来越多。然而，和传统的电力系统不同的是，太阳能发电利用 的是光伏逆变器装置将光伏电池的直流电转换成交流电，再经过变压器升压到电 力网络上，在整个过程中并没有旋转设备，而其在一定的程度上极易被周围的环 境所干扰。并且，光能发电系统在整个电力网络中的所占比重越来越大，会给电力网络的安全性和稳定性带来不小的影响。所以，我们通过在大型电力分析系统 软件中，进行一些符合实际的定量的仿真分析，研究光伏电源对系统的影响是非 常必要的。近些年，我国缺乏对光伏发电网络稳定性能方面的研究，在大规模的电力
23、网 络系统的仿真软件中很难找到光能发电暂态仿真功能模块，通过翻阅文献发现，文献3对如何获取导入电力网络最大容量输出容量的同时又保证电网的安全稳 定性进行了仿真分析；文献4主要从光能发电的输出功率的随机性角度获得光 伏的安装容量的峰峰值，这仅仅单纯的把光能发电站当作负载来看，并没有从整 体反应出光能发电系统电池和本身系统之间的影响作用。并且，光伏发电站导入 的节点绝大多数情况都是电力网络的终端，系统的稳定性能不强，我们不能忽略 光能发电系统的和电力系统末端间的相互影响。因此，本论文首先在单级型光伏 发电系统的基础上，充分的借助电力网络系统综合程序做必要的仿真研究计算， PSASP(电力网络系统分
24、析综合)是中国电力网络科学研究院自主研制的的仿真 模型，它是一个功能强大、容易上手的电力网络系统仿真系统，能够调用电网基 础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库等数据库。PSASP 能够自主的对电力网络系统的输入、输出和匹配系统的计算分析，并且根据用户 GUI 界面中 创建单级型光能发电系统的暂态仿真模型。通过研究在 PSASP 软件环境下模型 的暂态特性，与其比较 PSCAD/EMTDC 软件环境下的电磁暂态模型的动态特性， 来验证所建模型的可行性。本文拟通过光伏电站接入电网的关键技术开展分析，对光伏电池数学模型及光伏电站并网模型进行推导，理解光伏电站并网的过程机理。讨论光伏电站并网后产生
25、的影响，从电能质量、继电保护等展开分析。根据2016年A地区光伏电站发电量及负荷使用情况分析光伏电站接入的作用，研究了光伏电源并网对继电保护动作特性的影响，总结了现有保护的优缺点并提出了解决方案，通过算例实际数据验证了以上结论。1.2国内外研究现状及发展动态研究1.2.1 国内外研究现状太阳能是大自然提供给我们取之不尽，用之不竭而又清洁的绿色能源，不会给空气带来污染、破坏生态环境，从根源上减缓了全球变暖的速度，是其他资源不可比拟的。地球上99.8%的能量最初都来自太阳能，通过汲取太阳能能量生长。如果能充分利用太阳能引入电网，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。太阳能资源具有绝对的安全性，并网电
26、压一般在220V以下；太阳能分布范围广泛，在大多数地区都具有普遍性，可就地取用；太阳能光伏发电使用寿命长，容易维护且利用灵活，既可以独立用于电网运行，也可以与电网并行运作。利用太阳能发电已经是大势所趋。（一）国外光伏发电发展现状根据IHSMarkit发表的光伏市场需求跟踪分析表明，2016年全球太阳能光伏装机量达77GW。2004年全球太阳能光伏累计装机容量为3.7GW，2016年全球太阳能光伏累计装机容量则达到了313GW，2004-2016年全球太阳能光伏累计装机量年均复合增长率达到44.75%。2000年以来，全球光伏产业连续6年以30%60%。2015年，全球光伏市场强劲增长，新增装机
27、容量预计将超过50GW，同比增长16.3%，累计光伏容量超过230GW。传统市场如日本、美国、欧洲的新增装机容量将分别达到9GW、8GW和7.5GW，依然保持强劲发展势头。新兴市场不断涌现，光伏应用在东南亚、拉丁美洲诸国的发展迅猛，印度、泰国、智利、墨西哥等国装机规模快速提升，如印度在2015年将达到2.5GW。我国光伏新增装机量将达到16.5GW，继续位居全球首位，累计装机有望超过43GW，超越德国成为全球光伏累计装机量最大的国家。太阳能作为可再生清洁能源，受到各国的普遍关注，并制定了较长期的发展目标，太阳能发电发展“十二五”规划中指出：“欧盟及成员国颁布了可再生能源行动计划，到2020年欧
28、盟太阳能发电总装机容量将超过90GW，其中德国光伏发电总装机容量将达到51GW，西班牙光热发电将达到10GW”。此外，欧盟启动了“欧洲沙漠行动”，计划在撒哈拉沙漠建设大规模太阳能电站向欧洲电力负荷中心输电。欧盟各国普遍通过优惠上网电价政策支持太阳能发电的发展，美国通过税收减免和投资补贴等政策支持太阳能发电发展。（二）国内光伏电站发展现状经历了2011年的低谷期之后，我国光伏行业增长逐渐回暖，据统计：截至2015年底，全国光伏发电累计装机容量达到43.18GW，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。其中，光伏电站37.12GW，分布式6.06GW，年发电量392亿千瓦时。2015年新增装机容量15
29、.13GW，完成了2015年度新增并网装机15.00GW的目标，占全球新增装机的四分之一以上，占我国光伏电池组件年产量的三分之一，为我国光伏制造业提供了有效的市场支撑。全国大多数地区光伏发电运行情况良好，全国全年平均利用小时数为1,133小时。我国自2009年开始实施“金太阳示范工程”以来，光伏产品规模化应用带动了国内太阳能发电的商业化进程和技术进步。之后国家出台了一系列的光伏扶持政策，积极培育国内光伏市场，同时对光伏行业设定准入门槛，淘汰落后产能，鼓励企业创新，扶持光伏行业的龙头企业。2012年9月14日，国家能源局下发关于申报分布式光伏发电规模化应用示范区的通知；2013年7月4日，国务院
30、发布国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见，明确提出2013-2015年均新增光伏装机容量1,000万千瓦左右，到2015年总装机容量达到3,500万千瓦以上；2015年12月15日，国家能源局发布关于征求太阳能利用“十三五”发展规划意见的函，根据规划，到2020年底,太阳能发电装机容量达到160GW，年发电量达到1,700亿千；2016年3月23日,国家发改委、国家能源局等发布关于实施光伏发电扶贫工作的意见；2016年5月30日，国家发改委、国家能源局下发关于完善光伏发电规模管理和实施竞争方式配置项目的指导意见；2016年6月3日，国家能源局下发关于下达2016年光伏发电建设实施方案的通知
31、；2016年12月10日，国家发改委下发可再生能源发展“十三五”规划，按照“技术进步、成本降低、扩大市场、完善体系”的原则，促进光伏发电规模化应用及成本降低，推动太阳能热发电产业化发展，继续推进太阳能热利用在城乡应用。到2020年底，全国太阳能发电并网装机确保实现1.1亿千瓦以上。据预测，2020年前，我国仍然处于工业化高级阶段向初级发达经济阶段转型的过程中，电力需求将继续保持增长。国家能源局太阳能利用十三五发展规划征求意见稿认为在“十三五”及未来较长一段时期，我国能源总需求仍将刚性增长，对清洁可再生能源的需求增长较快，太阳能利用市场前景广阔。太阳能因其资源丰富、没有地域限制和具有可持续发展的
32、优势，受到了人们广泛的关注，利用太阳能资源的光伏发电工程也如雨后春笋般被应用到了各行各业中，正在逐步成为我国未来经济发展和能源战略中的一个新亮点。1.2.2 光伏并网技术研究现状太阳能是一种源源不断、可再生的能源，不论在地球的平原、山丘等地形都有阳光的普照。太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点，在太阳能产业发展中占有重要地位。但由于其光照、温度等外部条件随机性、间歇性、周期性的变化，使得光伏接入电网，对电网产生了很大的影响2-6。光伏电站中大量的逆变器及电力电子设备产生许多谐波电流、谐波电压，光伏电站并网运行时会产生谐波、电压波动与闪变、三相电压不对称、功率因数低等问
33、题，使电网电能质量下降，对电网造成不利影响，严重时会干扰供用电系统及光伏设备自身的安全稳定运行3-10。大规模光伏电站接入电网会对电网的系统潮流、稳态、暂态等等产生影响11-13,对光伏电站接入电网的影响进行分析以及研究相应的改善措施是至关重要的。目前，光伏电站接入电网还不是以微网的形式推广，而是以集中式接入电网，用户端购买电能的形式用电。光伏电站接入不仅考虑投资建站设备资金、技术问题，对于选址问题也是同样引起重视的。合理的光伏电站位置分布能带来清洁可持续能源的同时，光伏电池板也会以最大的转化效率将吸收的太阳能转化成电能，从而 减少资金、能源的浪费。文献14从并网光伏电站选址的宏观影响因素、微
34、观影响因素以及方法与模型3方面综述了并网光伏电站选址国内外最新的研究进展，并展望了未来的研究重点和发展方向，为科学合理建设光伏电站提供了一定的指导意义。文献15利用序贯蒙特卡洛模拟法处理光伏出力及负荷的时序性和随机性，采用性能良好的生物地理学优化算法对所建模型进行求解，提出一种考虑潮流倒送约束的配电网分布式光伏电站选址定容规划方法。文献16对集成分布式光伏电站的配送中心进行研究，建立选址模型并运用 MATLAB 软件自带的遗传算法工具箱进行求解。光伏电站接入电网是门新兴技术，给电网带来清洁能源动力的同时也会对电网产生很多影响，分析了光伏电站的孤岛效应，文献17分析光伏电站接入公共网的电压、无功
35、平衡、暂态稳定性分析以及电能质量影响等问题。文献18讨论了当分布型光伏电源并网后，对原本电网中配置的反孤岛效应检测带来的影响。文献19采用仿真软件PSASP建立并网光伏电站接入孤立电网仿真模型，研究光伏接入对孤立电网的稳定性影响。文献20分别使用 PSASP 、电力系统DIg SILENT/Power Factory 仿真软件建立光伏电站的仿真模型，对孤立小电网进行仿真，验证稳定性以及电压、频率调节的控制策略。光伏电站接入电网，必然会对系统电压、潮流产生影响。对于光伏电站并网造成的电压、潮流影响，文献21-23利用利用MATLAB软件编程进行牛顿拉夫逊潮流计算MATLAB仿真，分析光伏电站接入
36、电网的电压、潮流影响。文献2223利用黑龙江并网光伏电站进行 PSASP 仿真，分析光伏电站并网接入对电网的电压、潮流等影响。大量光伏电站并网引起电力潮流反送对变电站产生的影响，并提出光伏电站合适的接入方式。文献24利用 MATLAB 编程，根据光伏电站接入电网的实例进行潮流计算及可靠性分析，并对比光伏电站接入电网前后有功无功，电压、网损等电能质量数据，得出光伏电站接入后对此地电网电压、潮流的影响。并进行牛顿-拉夫逊潮流计算，对比光伏电站接入前后电压、潮流变化。文献25阐述分布式光伏并网发电系统与大规模集中式光伏并网发电系统的特点以及对关于谐波、电压与频率的电能质量问题等一些问题并提出相应的解
37、决措施。文献26针对链式配电网络，采用含 DG 的三角形负荷模型算法进行了电压分布计算，说明分布式发电对配电网稳态电压分布的影响。文献27某光伏电站并网工程，以辐照度为变化量，以 PSCAD/EMTDC 为仿真平台，仿真实际光伏电站接入电网对接入点电压闪变的影响。文献28论述大容量光伏发电站接入调度系统后对电网的在电力潮流、电能质量、保护配置等诸多方面影响，考虑光伏发电将大量接入调度系统的现实，分析了大型光伏发电接入调度系统的结构框架以及在设计、实施过程中存在的若干问题及其相应对策。由于个电站通过逆变器将直流转换成交流接入电网，逆变器等由许多电力电子器件组成，光伏电站接入电网会带来谐波问题29
38、-30。文献31推导出 1MVA 发电单元戴维宁等效电路；建立逼近实际并网系统的阻抗网络模型。该模型可揭示光伏电站谐波产生的基理以及谐波变化的规律。通过分析青海 50MVA 并网光伏电站实测谐波数据与计算数据的对比证明该模型可在一定精度下复现大型并网光伏电站在任意辐照度及温度工况下的基波及谐波输出特性。文献32进一步分析光伏电站高低次谐波电流输出特性，建立基波域数学模型，提出大型光伏电站谐波串并联谐振数学模型，对青海海格尔木某并网光伏电站搭建实例仿真模型，验证结论。文献33通过分析大型集中式地面型光伏电站，以大型光伏电站及输配电系统的数学建模为基础，揭示了光伏电站谐波输出的特殊性以及与电网谐波
39、交互影响的机理，进而提出了谐波治理装置及谐振抑制策略。在此基础上，文献34分析实测数据与计算数据的对比可在一定精度复现大型并网光伏电站在任意辐照度及温度工况下的基波及谐波输出特性，分析谐波问题。文献35分析了光伏电站并网后对电网的三段式电流保护、距离保护和重合闸保护继电保护的影响，会使原有的继电保护装置不动作或误动。在 PSCAD 仿真平台上，建立光伏并网发电系统模型，仿真出光伏电站故障电流。提出系统侧及光伏电站侧保护的优化配置方案及电流保护整定原则，对保证继电保护同故障点故障时保护的动作行为进行分析，总结出光伏并网对保护及重合闸的影响。文献36研究了光伏发电系统的故障电流特征，分析了弱电源特
40、性对送出线路电流差动保护和距离保护动作性能的影响，基于此指出现有保护配置存在的问题。并在 PSCAD 进行仿真验证。文献37从光伏电站的规模、电站类型、以及接入位置出发，分析了光伏电站接入系统后对配电网继电保护以及自动重合闸的影响，提出基于广域保护的新方案并通过系统仿真软件 MATLAB/Simulink 验证能有效的确定故障点。文献38针对光伏发电对配电网继电保护的影响阐述，分别针对电流保护和重合闸的影响，对熔断器重合器及分段器的影响等多个方面进行了阐述且保护方案允许孤岛运行及保护策略。文献39通过密云光伏发电并网工程实例，分析了光伏电源不同接入方案对电网继电保护及安全自动装置的影响，分析了
41、光伏电源对电网备自投的影响及可能造成的备自投失灵，光伏电源对备自投方案中无压判据带来的问题。文献40对光伏系统接入配电网后的电压分布、自动重合闸、配电自动化以及因此而改变线路保护的整定值设置、保护元件的增设做了详细的分析和论述。文献41提出新的大型光伏电站低电压穿越故障控制策略以及故障等值模型，针对故障情况分析提出继电保护新的整定方案，并以兰州新区某大型光伏电站为例，利用 PSCAD 搭建了仿真模型。光伏并网对直流系统的影响，42通过实际电网大规模光伏发电建立光伏电站模型，分析光伏电站不同运行方式及电网扰动情况下对直流系统的影响。对于光伏发电站发力的可靠性，文献43利用鲁棒优化调度模型分析光伏
42、电站发力的不确定区间的优化调度问题，提高光伏发力的可靠性。文献44采用光伏发电系统潮流计算建模，分析含光伏发电的概率潮流计算及对电网的影响，得出大规模光伏电站接入电产生网会对电压和系统潮流影响。文献45根据晴空指数与波动特性的光伏电站多状态可靠性模型，采用序贯蒙特卡洛模拟法46，评估含光伏电站的发电系统的可靠性。文献47采用序贯蒙特卡洛法，提出基于典型天气电站出力可提高系统可靠性的计算方法。文献48通过序贯蒙特卡洛法有效评估格尔木市并网光伏系统可靠性，并使用线性插值法准确计算光伏发电置信容量，可以为提高大规模光伏发电系统的规划和运行水平提供理论依据。文献49建立单级式逆变器并网的光伏发电单元模
43、型，通过PSCAD/EMTDC 得到了光伏发电单元电磁暂态仿真模型验证其在稳态和暂态条件下的有效性。文献50分析不同的扰动方式光伏电站的等值模型，采用倍乘方法建立了光伏方阵群的等值模型以及光伏逆变器群的等值模型，通过采用青海省海西地区的并网光伏发电站的实测数据进行的仿真验证及误差分析，结果证明该等值建模方法和数学模型能较好的模拟电站的实际运行情况。文献51-52研究光伏电站的最大功率问题，文献53-54建立大规模光伏电站的数学模型进行仿真，考虑不同功率控制方式提出了并网光伏电站在最大功率跟踪控制方式和定功率控制方式下,通过光伏阵列出口测量电压和功率即可判断系统稳定性。文献55建立大型光伏电站稳
44、态数学模型，分析光伏电站内部光伏发电单元无功出力对静态电压稳定裕度和站内电压分布的影响，协调控制站内各无功源出力可保证光伏电站电压的安全稳定。1.3课题研究内容本文的主要目的是研究大型光伏电站并网对配电网的影响，建立了并网光伏发电系统的仿真模型，借用软件工具来分析其对系统潮流、电压及继电保护的影响。主要工作如下：（1）对单级型光伏发电系统做了一定的假设和模型简化，并在PSASP（电力系统分析综合程序）中建立光伏并网发电系统模型，通过对比类似软件系统进行了模型验证；（2）分析了光伏发电系统对配电网电压分布及电能质量的影响；（3）探讨了光伏发电系统接入电网后对配电网继电保护的影响，并以A地区光伏电
45、站为例探讨了其对当地配电网继电保护的影响；（4）利用A地区光伏电站的实际数据和PSASP软件，简单的分析了光伏发电系统的最大发电量以及对配电网电压和频率的影响。结合A地区光伏电站发电量及负荷使用情况，从接入方案选择及仿真过程分析光伏电站接入的容量及接入电压等级的选取。结合往年实际光伏电站接入电网的影响分析，可以了解光伏电站并入电网是否是有利于未来发展更大、更多形式的能源接入电网，是否能使电网削减一次能源的输入，增加更多的光伏电站出力从而实现经济效益最大化。37第2章 基于PSASP软件的并网光伏电站的仿真模型第2章 基于 PSASP 软件的并网光伏电站的仿真模型2.1光伏电池的发电原理光伏发电
46、系统的核心部件是光伏电池，通过光伏效应有效地将太阳能转化为电能。目前，最常用的太阳能电池板由半导体硅制成，其结构图如图2-1所示：图 2-1 半导体硅材料结构示意图从图2-1所示可以看出，在整个光伏电池中，数量相对较多的是P型半导体空穴和n型半导体自由电子，当光照射到光伏太阳能电池板时，光伏电池通过一系列反应，光子能量吸收后，会使原本在低能电子轨道电子轨道偏离的部分发生，这会产生一些电子-空穴对，我们在谈论光载波，在pn结，在电场力的作用下，电子此时会向两个阶段进行微分，此时在开路部分，导体将流过一定的电流，如图2-2所示为结构图 半导体PN结。图 2-2 半导体 PN 结结构图通常，为了促进光伏能量的有效利用，有必要提高光伏发电的总容量。根据实际需要，采用不同的方式串联或并联形成有效的光伏电池阵列。然而，硅是最适用于光伏电池的材料，在整个市场中占据重要地位。此外，多晶硅，有机光伏电池，纳米晶光伏电池，聚合物多层修饰电极类等是光伏电池的重要组成部分。由