引言：在全球能源结构转型的大背景下，可再生能源，尤其是太阳能发电，显著提升了其在能源供应中的比重。分布式光伏发电系统作为一种高效、清洁的电力生成方式，不仅有助于减少温室气体排放，还促进了能源的可持续发展。

一、分布式光伏发电系统特性分析

（一）光伏发电的基本原理

光伏发电是将太阳光能直接转换为电能的过程，核心在于光伏效应的运用。光伏效应是指当光线照射到特定材料表面时，该材料能够产生电压和电流，从而生成电能。这一现象的发现，为利用太阳能提供了科学依据。在光伏发电系统中，最关键的组件是光伏电池。光伏电池通常由半导体材料构成，如硅是最常用的材料之一。当太阳光照射到光伏电池时，光子（太阳光的基本单位）激发半导体材料内的电子，从而产生自由电子和空穴。这些自由电子在电场的作用下移动，形成电流，通过外部电路可以驱动电器设备或存储起来供日后使用。光伏电池的效率，即其将太阳能转化为电能的能力，受多种因素影响，包括材料的类型、电池的构造、光照强度及其在电池表面的角度等。为了提高光伏发电系统的效率，开发者采取了多种技术措施，如使用反射镜增加光照强度、采用跟踪系统使电池面始终对着太阳等。除了单个光伏电池之外，完整的光伏发电系统还包括电力调节器、逆变器、储能设备和其他控制设备。电力调节器确保电池在最佳状态下充电，逆变器将直流电转换为交流电，以满足家庭和工业用电的标准要求。储能设备，如电池，用于存储过剩的电能，确保在无太阳光照射时也能供电。光伏发电技术的发展，旨在提高能源转换效率，降低成本，推动可再生能源的广泛应用。随着材料科学和电子技术的进步，光伏电池的效率有了显著提升，使得光伏发电成为最具潜力的可再生能源技术之一。通过不断的技术创新和规模化生产，光伏发电的成本正在逐步降低，为全球能源结构的转型提供了强有力的支持^[1]。

（二）分布式光伏系统的输出特性

分布式光伏系统的输出特性是理解其对电网稳定性影响的关键。这些系统的输出功率受多种因素影响，其中最主要的包括太阳辐射强度、温度和系统配置。太阳辐射强度对分布式光伏系统输出功率的影响显著。理论上，辐射强度越高，光伏电池产生的电流就越大，因此输出功率增加。然而，实际应用中，由于大气条件、季节变化和日照时间的不同，太阳辐射强度会经历显著的波动，导致输出功率不稳定。系统设计时需考虑到这种波动性，以确保电能供应的连续性和可靠性。温度也是影响分布式光伏系统输出特性的重要因素。通常，随着温度的升高，光伏电池的效率会降低，这是因为半导体材料的电子运动增加，导致电池内部电阻增大。因此，虽然夏季可能有更多的日照，但高温可能会减少系统的实际输出功率。优化散热设计和选择适应高温工作的材料是提高系统在不同温度下性能的关键。系统配置，包括光伏面板的安装角度和方向，同样影响输出特性。为了最大化能量收集，光伏面板应该根据地理位置、当地的日照特征以及建筑物的具体情况进行适当的倾斜和朝向。这样可以确保在一年中的不同时间，系统都能以最佳效率运行，从而提高整体的能量输出效率。此外，分布式光伏系统通常采用并网运行模式，其输出直接影响到电网的稳定性。系统的输出功率波动可能会引起电网频率和电压的短暂波动，对电网运行稳定性构成挑战。因此，集成先进的电力电子设备和智能管理策略，如能量存储系统和需求响应技术，成为确保电网稳定性的重要措施。

二、分布式光伏发电系统对电网稳定性的影响机理

（一）短期影响分析

分布式光伏发电系统对电网的短期影响主要表现在频率稳定性和电压稳定性上。电网频率和电压的稳定是电力系统安全运行的关键指标，其波动不仅影响电能的质量，还可能导致电力设备的损坏，严重时会引发电网事故。频率稳定性关注的是电网在短时间内对负荷变化或发电量波动的响应能力。分布式光伏发电由于其天然的间歇性和不可预测性，当大规模接入电网时，其发电量的快速变化会对电网频率造成显著影响。特别是在太阳光照强度快速变化或是云层遮挡时，光伏输出功率的波动可能会引起电网频率的短时波动。电网需要通过调整传统发电机组的输出或启动快速响应的频率调节资源来补偿这种波动，以维持频率稳定。电压稳定性则关注电网在特定节点上电压的维持能力。分布式光伏系统的并网运行对电网的电压水平有直接影响（图1）。在日照充足时，光伏系统会向电网注入大量电能，可能导致局部电网电压上升，超过安全运行范围。相反，当光照减弱时，光伏输出减少，电网节点电压可能下降。电压的这种波动不仅影响电力系统的稳定运行，还可能影响电力用户的用电质量。为了维持电压稳定，电网运营商需要采用电压控制策略，比如调节变压器抽头、使用无功功率补偿装置等手段。解决分布式光伏系统对电网短期影响的关键，在于增强电网的调节能力和灵活性。这包括提高电网的实时监控和预测能力，以及优化电力系统的运行策略。例如，通过集成高效的能量存储系统，可以缓冲光伏发电量的波动，减轻其对电网频率和电压稳定性的影响。此外，发展先进的电网管理系统，如需求侧管理和分布式能源资源的灵活调度，也是确保电网稳定运行的有效途径^[2]。

图1：光伏发电并网原理示例图

（二）长期影响分析

分布式光伏发电系统对电网的长期影响涵盖供需平衡、调峰能力及系统惯性等关键方面，这些因素共同决定电力系统的稳定性和可靠性。供需平衡是电力系统运行的基石。随着分布式光伏发电比例的增加，其变化性和不确定性给电网的供需平衡带来了挑战。在光照充足的时段，光伏发电量大增，可能超过电网的即时需求，导致过剩电力的产生。而在光照不足或夜间，光伏发电量锐减，电网需依赖其他发电资源来满足负荷需求。这种波动性要求电力系统具备灵活的供电能力，以适应可再生能源输出的不稳定性，确保电力供应的连续性和可靠性。调峰能力指的是电力系统在需求高峰时增加供电或在需求低谷时减少供电的能力。分布式光伏发电的加入改变了电网的负荷曲线，特别是在日间光照充足时，可能会显著减少对传统调峰电源的依赖。然而，这也意味着在无太阳光照射时，电网需依赖其他发电资源来满足峰值负荷。随着分布式光伏发电占比的增加，传统发电机组需要调整运行模式，以适应负荷变化，保持电力供应与需求之间的平衡。系统惯性是指电力系统抵抗频率变化的能力，主要由旋转质量和运行速度决定。传统的大型同步发电机具有较高的系统惯性，有助于维持电网频率的稳定。然而，分布式光伏发电作为一种非同步电源，其接入增加了电力系统对电子式变换设备的依赖，可能降低系统总体的惯性。这一变化对电网的频率稳定性构成了挑战，要求电力系统采取新的技术和策略，如增加能量存储装置和开发虚拟惯性技术，来补偿惯性的减少，维持电网的稳定运行^[3]。

三、结论

随着分布式光伏发电技术的快速发展和广泛应用，其对电力系统的影响已成为研究的重点。特别是，光伏发电的间歇性和不确定性对电网稳定性构成了显著的挑战，包括频率和电压稳定性的波动，以及供需平衡和调峰能力的影响。通过分析，本研究揭示了分布式光伏系统对电网稳定性的短期和长期影响，强调了采用先进电力电子设备、能量存储系统和智能管理策略的重要性。

参考文献：

[1]闫宝山.论光伏并网发电系统对电网的影响研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2023(2):25-26.

[2]梁波,王旭东,冯延坤.分布式光伏发电对电网的影响及应对措施[J],2022(12):110-111.

[3]袁华,郝彦国,张志华.光伏发电对配电网的影响分析[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2022(6):56.

作者简介：钱其峰，男，本科学历。任浙江芯能光伏科技股份有限公司副总经理兼技术负责人，全面负责技术部中心事务管理，新产品、新技术开发与技术创新能力提升等工作。