光伏发电并网技术挑战与解决方案研究

引言

近年来，光伏发电凭借资源可再生、环境友好等优势，在全球能源结构中的占比持续提升。随着光伏装机容量的不断增长，大量光伏电站接入公共电网，逐步从“补充能源”向“主力能源”转变。但光伏发电的出力受光照强度、温度、云层遮挡等自然因素影响显著，呈现出明显的间歇性与波动性，且光伏逆变器的电力电子化特性易改变电网的等效阻抗与短路电流特性，给电网运行带来新的技术挑战。因此，深入研究光伏发电并网的技术挑战，探索科学有效的解决方案，对保障电网安全稳定运行、促进光伏发电规模化应用具有重要的现实意义。

一、光伏发电并网面临的核心技术挑战

（一）电能质量扰动问题

光伏发电系统通过逆变器将直流电转换为交流电并入电网，逆变器的开关动作易产生谐波电流，若谐波含量超过电网标准限值，会干扰电网中其他用电设备的正常运行，导致设备效率下降、寿命缩短。同时，光伏发电出力的快速波动（如云层快速遮挡导致出力骤降）会引起并网点电压的剧烈波动与闪变，尤其在配电网中，由于配电网线路阻抗相对较大，电压调节能力较弱，电压波动问题更为突出。

（二）电网稳定控制难题

传统电网以同步发电机为主要电源，同步发电机具备惯性与阻尼特性，能够在电网受到扰动时（如负荷突变、故障切除），通过释放或吸收旋转动能维持电网频率与电压稳定。而光伏发电系统通过逆变器并网，逆变器的响应速度快但缺乏机械惯性，无法像同步发电机那样提供惯性支撑，导致电网的惯量水平随光伏渗透率提升而降低，电网抵御扰动的能力减弱，易出现频率大幅波动甚至失稳的风险。

（三）并网调度与消纳挑战

光伏发电出力的不确定性给电网调度带来较大难度。电网调度需根据电源出力与负荷需求制定发电计划，确保供需平衡，但光伏出力的预测误差（受气象预报精度限制）可能导致计划与实际出力偏差较大，若调度调整不及时，会造成电网备用容量不足或过剩，影响电网经济运行。同时，在部分地区，由于电网建设滞后、跨区域输电通道容量有限，加之光伏出力存在“午峰晚谷”特性（白天出力高、夜间出力低），与负荷需求的“晚峰午谷”特性难以匹配，导致光伏发电在部分时段出现消纳困难，不得不采取“弃光”措施，造成清洁能源浪费，制约光伏产业的可持续发展。

二、光伏发电并网技术挑战的解决方案

（一）电能质量优化技术

针对谐波污染问题，可采用主动式滤波技术，在光伏逆变器中集成主动滤波功能，通过实时检测电网谐波电流，生成与谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流，抵消电网中的谐波分量，降低谐波含量。对于电压波动与闪变问题，可在光伏电站配置动态无功补偿装置（如静止无功发生器、静止无功补偿器），根据并网点电压变化实时调节无功功率输出，快速平抑电压波动，抑制电压闪变。

（二）电网稳定支撑技术

为弥补光伏并网带来的电网惯量缺失，可采用虚拟惯性控制技术，通过在光伏逆变器控制策略中引入虚拟惯性环节，模拟同步发电机的惯性特性，使逆变器在电网频率变化时，根据频率偏差调整有功功率输出，为电网提供惯性支撑，减缓频率变化速率。针对故障穿越问题，需提升光伏逆变器的低电压穿越与高电压穿越能力，通过优化逆变器的故障控制策略，在电网电压跌落或升高时，逆变器不立即脱网，而是保持并网状态并根据电压变化调整功率输出，待电网电压恢复正常后逐步恢复额定出力，避免故障扩大，保障电网稳定。

（三）调度与消纳协调方案

为提升光伏出力预测精度，可融合多源气象数据（如卫星云图、地面气象站数据、数值天气预报数据），采用机器学习算法（如神经网络、支持向量机）构建高精度光伏出力预测模型，减少预测误差，为电网调度提供更可靠的数据支撑。在调度机制上，建立“源网荷储”协同调度模式，整合光伏电站、电网、用户负荷与储能系统资源，通过引导用户调整用电习惯（如鼓励用户在光伏出力高峰时段增加用电）、利用储能系统存储过剩电能，实现光伏出力与负荷需求的时空匹配，减少供需偏差。针对消纳困难问题，需加快电网升级改造，扩大跨区域输电通道容量，实现光伏发电的跨省跨区消纳。

三、光伏发电并网技术的未来发展方向

（一）智能化并网控制技术

随着人工智能、大数据技术的发展，未来光伏发电并网控制将向智能化方向升级。通过构建光伏并网系统数字孪生模型，实时映射物理系统的运行状态，结合实时数据与历史数据进行数据分析与趋势预测，实现并网系统的智能诊断、故障预警与自主决策。同时，利用边缘计算技术，在光伏电站本地实现数据实时处理与控制指令快速下发，减少数据传输延迟，提升并网控制的响应速度，适应电网复杂动态运行场景。

（二）多能互补集成技术

单一光伏发电的局限性难以完全满足电网需求，未来将更多采用多能互补集成模式，将光伏发电与风电、水电、燃气发电、储能等多种能源形式结合，构建综合能源站。通过多能源协同运行，利用不同能源的出力特性互补（如风电与光伏出力时间互补、燃气发电可灵活调节），平抑整体出力波动，提升能源供应的稳定性与可靠性。同时，多能互补系统可根据电网需求与能源价格，优化各能源出力比例，实现经济效益与环境效益最大化，为电网提供更优质的电源支撑。

（三）电网互动协同技术

未来光伏发电并网将更注重与电网的深度互动协同，通过建立光伏电站与电网调度中心的实时通信通道，实现数据共享与指令双向传输。光伏电站可根据电网调度要求，灵活调整出力计划，参与电网调峰、调频、备用等辅助服务，提升自身经济收益的同时，为电网运行提供支撑。此外，随着分布式光伏的普及，将推动微电网与配电网的协同运行，通过微电网内部的能源自治与配电网的整体协调，实现分布式光伏的高效消纳，提升配电网的灵活性与可靠性，构建“大电网 + 微电网”协同的新型电力系统。

结束语

光伏发电并网是推动清洁能源规模化应用、实现能源转型的关键环节，但其面临的电能质量、电网稳定、调度消纳等技术挑战，制约了光伏产业的高质量发展。通过电能质量优化、电网稳定支撑、调度消纳协调等解决方案，可有效缓解当前技术难题，提升光伏发电并网适应性。未来，随着智能化、多能互补、电网互动等技术的不断发展，光伏发电将更深度融入电网，成为新型电力系统的重要组成部分。

参考文献

[1] 吕相宇. 光伏发电与风力发电的并网技术分析[J]. 工程建设与设计,2025, (10): 34-36.

[2] 吴松. 光伏发电系统的并网与调度预测技术应用[J]. 集成电路应用,2025, 42 (05): 294-295.

[3] 钦伟勋, 丁律, 钱卫良, 钱朕杰, 谢小林. 分布式光伏发电并网逆变器电压平衡控制技术 [J]. 电气技术与经济 , 2025, (03): 128-129+136.