1.2　大型光伏電站研究背景概述

隨著光伏發電建設成本的逐漸降低以及發電效益的不斷增加，在我國中西部荒漠地區建設大型光伏電站是充分利用太陽能的有效途徑，也是優化能源配置和緩解霧霾天氣的重要途徑^[8]。大型光伏電站作為最具規模化開發和商業化發展前景的新能源，越來越受到重視。例如2013年12月27日，陜西省50MW光伏電站在定邊縣城東南側賀圈鎮成功并網發電，該項目投入運行后年均發電量約7000萬度。和相同發電量的火電廠相比，每年可為電網節約標煤約24000噸，減少二氧化碳排放量約10萬噸。

在國外，德國于1993年建成了世界上第一座兆瓦級光伏電站，此后光伏電站逐漸從小規模（100kW以下）、中規模（100kW～1MW）向大規模（1MW～20MW）和超大規模（20MW以上）發展，大型光伏電站接入電網已勢在必行。目前，國外已建成10MW以上大型光伏電站100余座，正在研究示范百兆瓦級光伏電站以及吉瓦級電站前期研究，其測試技術及公共平臺也已形成完整體系，并與光伏技術同步發展^[9]。

在國內，深圳園博園于2004年建成了我國第一座兆瓦級光伏電站，之后若干容量不等的光伏電站逐漸在內蒙古東部地區、甘肅和寧夏等地動工或建成。國家能源局在2016年發布的《太陽能發展“十三五”規劃》中，對大型光伏電站建設提出了如下要求：按照“多能互補、協調發展、擴大消納、提高效益”的布局思路，在“三北”地區利用現有和規劃建設的特高壓電力外送通道，按照優先存量、優化增量的原則，有序建設太陽能發電基地，提高電力外送通道中可再生能源比重，有效擴大“三北”地區太陽能發電消納范圍。在青海、內蒙古等太陽能資源好、土地資源豐富地區，研究論證并分階段建設太陽能發電與其他可再生能源互補的發電基地。在金沙江、雅礱江、瀾滄江等西南水能資源富集的地區，依托水電基地和電力外送通道研究并分階段建設大型風光水互補發電基地。

目前，我國并網光伏發電的建設尚處于試驗示范階段，尚無統一的設計規范和接入標準，光伏系統集成商尚未考慮與電網的交互影響^[10]。國內技術與國外尚存在較大差距，主要表現為：在大型光伏電站的建設方面，對大規模接入電網系列技術缺乏深入研究，兆瓦級光伏并網核心設備及其控制技術不成熟等^[5～15]。和國外大型光伏電站的建設及運行現狀相比，國內已投入運行的大型光伏電站均存在諸多問題，如表1.1所示。

表1.1　大型光伏電站運行現狀及電網需求

隨著光伏電站規模的增大，光伏電站對電網的影響逐漸顯現，不少國家提出了比較嚴格的光伏電站并網技術要求^[8～10]。比如德國在《中壓電網并網技術規范》中規定：光伏電站必須具備低電壓穿越功能，在電網緊急情況下光伏電站需要提供無功支撐。加拿大也提出了類似的并網技術要求。目前，國外已建成10MW以上大型并網光伏電站100余座，正在進行示范百兆瓦級光伏電站研究及吉瓦級電站前期研究，其測試技術及公共平臺也已形成完整體系，并與光伏技術同步發展。國際大型光伏電站的發展趨勢是：

① 光伏電站裝機容量逐漸增加，朝百兆瓦級甚至千兆瓦級方向推進；

② 光伏逆變器額定容量大，利用幾百千瓦甚至更大容量的光伏逆變器；

③ 光伏電站通過送端配電站接入電網的電壓等級逐漸升高；

④ 光伏電站對電網的適應性提高，提出了光伏電站具備有功/無功控制能力、低電壓穿越能力以及能夠參與電網調度等技術要求。

因此，如何提高大型光伏電站的并網電能質量，增強大型光伏電站和電網之間的相互適應性，都是目前亟待解決的關鍵問題。針對上述問題，本書圍繞大型光伏電站與電網之間的相互影響機理，以大型光伏電站為研究對象，在大型光伏電站等效建模、并網逆變器控制策略及穩定性分析等方面做了相應研究。