并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

5.3并網(wǎng)光伏系統(tǒng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)除獨(dú)立光伏系統(tǒng)外，并網(wǎng)系統(tǒng)也是太陽能光伏發(fā)電的一種重要形式。獨(dú)立光伏系統(tǒng)因不需要與公用電網(wǎng)相連接，所以必須增加儲能元件，從而增加了系統(tǒng)的成本，而并網(wǎng)光伏系統(tǒng)接入國家電網(wǎng)，在系統(tǒng)發(fā)電量過剩時(shí)，將剩余電量輸入國家電網(wǎng)，系統(tǒng)發(fā)電量不足時(shí)，將從國家電網(wǎng)購買電能，以供負(fù)載使用。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)因?yàn)椴恍枰獙ｉT的儲能元件，所以建設(shè)和維護(hù)成本相對較低。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)根據(jù)不同的構(gòu)成，使用目的等可以進(jìn)行各種分類，如根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能是否送到電力系統(tǒng)可分為有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)，無逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)，切換型并網(wǎng)系統(tǒng)，直、交流型并網(wǎng)系統(tǒng)和地域型并網(wǎng)系統(tǒng)。

第一頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.1有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)有逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)示意圖第二頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)如上圖所示，太陽電池方陣輸出的電能供給負(fù)載后，因?yàn)檫@類系統(tǒng)中沒有儲能元件，所以當(dāng)有剩余電能時(shí)剩余電能將流向電網(wǎng)，以免在發(fā)電量剩余時(shí)造成浪費(fèi)，充分發(fā)揮太陽電池的發(fā)電能力，使電能得到充分利用。當(dāng)太陽能電池方陣發(fā)出的電力達(dá)不到用戶負(fù)載要求時(shí)，系統(tǒng)又可以從國家電網(wǎng)中得到負(fù)載所需要的電能，所以系統(tǒng)的效能比達(dá)到最高。第三頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)一般省去蓄電池，這對系統(tǒng)成本的減少，系統(tǒng)維護(hù)和檢修費(fèi)用的降低有重要意義。有逆流并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在住宅用，屋頂用以及BIPV光伏建筑一體化等光伏發(fā)電系統(tǒng)中，正得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外普遍采用的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)就是有逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)。第四頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.2無逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)無逆流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)示意圖第五頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。無逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)如上圖所示，太陽電池方陣輸出的電能供給負(fù)載，即使有剩余電能也不流向電網(wǎng)，此系統(tǒng)稱為無逆流型并網(wǎng)系統(tǒng)。當(dāng)太陽電池方陣的輸出不能滿足負(fù)載的需要時(shí)，則從國家電網(wǎng)獲得電能以滿足系統(tǒng)的要求。由于無逆流型系統(tǒng)中的太陽電池的輸出不流入國家電網(wǎng)，因此無逆流型系統(tǒng)要對負(fù)載功率進(jìn)行非常精確的估算，否則當(dāng)太陽電池方陣所產(chǎn)生的電能過剩時(shí)既無法儲存也無法輸入國家電網(wǎng)，對資源是一種極大的浪費(fèi)。第六頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.3切換型并網(wǎng)系統(tǒng)切換型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)示意圖第七頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。切換型并網(wǎng)系統(tǒng)如上圖所示，該系統(tǒng)主要由太陽電池、蓄電池、逆變器、切換器以及負(fù)載等構(gòu)成。正常情況下，太陽能光伏系統(tǒng)與國家電網(wǎng)分離，直接向負(fù)載供電。而當(dāng)日照不足或連續(xù)雨天，太陽能光伏系統(tǒng)的輸出不足時(shí)，切換器自動切向國家電網(wǎng)一邊，由電網(wǎng)向負(fù)載供電。這種系統(tǒng)特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)蓄電池的容量時(shí)可選擇較小容量的蓄電池，以節(jié)省投資。第八頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.4直、交流型并網(wǎng)系統(tǒng)直、交流型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)示意圖第九頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。上圖（a）所示為直流并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)。由于情報(bào)通信用電源為直流電源，因此，太陽能光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的直流電可以直接供給情報(bào)通訊設(shè)備使用。為了提高供電的可靠性和自立性，太陽能光伏系統(tǒng)也可同時(shí)與商用電力系統(tǒng)并用。圖（b）為交流并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)，它可以為交流負(fù)載提供電能。圖中，實(shí)線為通常情況下的電能流向，虛線為特殊（災(zāi)害）情況下的電流流向。第十頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.5地域型并網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)示意圖第十一頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。傳統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)如上圖所示，該系統(tǒng)主要由太陽電池、逆變器、控制器、自動保護(hù)系統(tǒng)、負(fù)荷等構(gòu)成。其特點(diǎn)是太陽能光伏系統(tǒng)分別與電力系統(tǒng)的配電線相連。各太陽能光伏系統(tǒng)的剩余電能直接送往電力系統(tǒng)（賣電）；各負(fù)荷的所需電能不足時(shí)，直接從電力系統(tǒng)得到電能（買電）。第十二頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。傳統(tǒng)的太陽能光伏系統(tǒng)存在如下的問題：1.逆充電問題所謂逆充電問題，是指當(dāng)電力系統(tǒng)的某處出現(xiàn)事故時(shí)，盡管將此處電力系統(tǒng)的其他線路斷開，但此處如果接有太陽能光伏系統(tǒng)的話，太陽能光伏系統(tǒng)的電能會流向該處，有可能導(dǎo)致事故處理人員觸電，嚴(yán)重的會造成人身傷亡。2.電壓上升問題由于大量的太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)，晴天時(shí)太陽能光伏系統(tǒng)的剩余電能會同時(shí)送往電力系統(tǒng)，使電力系統(tǒng)的電壓上升，導(dǎo)致供電質(zhì)量下降。第十三頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。3.太陽能發(fā)電的成本問題目前，太陽能發(fā)電的價(jià)格太高是制約太陽能發(fā)電普及的重要因素，如何降低成本是人們最為關(guān)注的問題。4.負(fù)荷均衡問題為了滿足最大負(fù)荷的需要，必須相應(yīng)地增加發(fā)電設(shè)備的容量，但這樣會使設(shè)備投資增加，不經(jīng)濟(jì)。第十四頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。為了解決上述的問題，因此提出了地域并網(wǎng)型太陽能光伏系統(tǒng)。如下圖所示，圖中的虛線部分為地域并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的核心部分。各負(fù)荷、太陽能發(fā)電站以及電能存儲系統(tǒng)與地域配電線相連，然后與電力系統(tǒng)的高壓配電線相連。太陽能發(fā)電站可以設(shè)在某地域的建筑物的壁面，學(xué)校、住宅等的屋頂、空地等處，太陽能發(fā)電站、電能儲存系統(tǒng)以及地域配電線等設(shè)備由獨(dú)立于電力系統(tǒng)的第三者（公司）建造并經(jīng)營。第十五頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。地域型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)示意圖第十六頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是：1.太陽能發(fā)電站發(fā)出的電能首先向地域內(nèi)的負(fù)荷供電，有剩余電能時(shí)，電能存儲系統(tǒng)先將其存儲起來，若仍有剩余的電能時(shí)則賣給電力系統(tǒng)；當(dāng)太陽能發(fā)電站的輸出不能滿足負(fù)荷的需要時(shí)，先由電能儲存系統(tǒng)供電，仍不足時(shí)則從電力系統(tǒng)買電。這種并網(wǎng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的并網(wǎng)系統(tǒng)相比，可以減少買、賣電量。太陽能發(fā)電站發(fā)出的電能可以在地域內(nèi)得到有效地利用，可提高電能的利用率。

第十七頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。2.地域并網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)通過系統(tǒng)并網(wǎng)裝置（內(nèi)設(shè)有開關(guān)）與電力系統(tǒng)相連。當(dāng)電力系統(tǒng)的某處出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)并網(wǎng)裝置檢測出故障，并自動斷開開關(guān)，使得太陽能光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)脫離，防止太陽能光伏系統(tǒng)的電能流向電力系統(tǒng)，有利用檢修與維護(hù)，因此這種并網(wǎng)系統(tǒng)可以很好地解決逆充電問題；3.地域并網(wǎng)太陽能光伏系統(tǒng)通過系統(tǒng)并網(wǎng)裝置與電力系統(tǒng)相連，所以只需在并網(wǎng)處安裝電壓調(diào)整裝置或使用其他方法，就可解決由于太陽能光伏系統(tǒng)同時(shí)向電力系統(tǒng)送電時(shí)所造成的系統(tǒng)電壓上升問題；

第十八頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。4.由特點(diǎn)1可知，與傳統(tǒng)的并網(wǎng)系統(tǒng)相比，太陽能光伏系統(tǒng)的電能首先供給給地域內(nèi)的負(fù)荷，若仍有剩余電能則由電能儲存系統(tǒng)儲存，因此，剩余電能可以得到有效利用，可以大大降低成本，有助于太陽能發(fā)電的應(yīng)用和普及；5.負(fù)荷均衡問題。由于設(shè)置了電能儲存裝置，可以將太陽能發(fā)電的剩余電能儲存起來，可以在最大負(fù)荷時(shí)向負(fù)荷提供電能，因此可以起到均衡負(fù)荷的作用，從而大大減少調(diào)峰設(shè)備，節(jié)約投資。

第十九頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.3.6太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電對電網(wǎng)的影響由于太陽能光伏發(fā)電屬于能量密度低、穩(wěn)定差，調(diào)節(jié)能力差的能源，發(fā)電量受天氣及地域的影響較大，并網(wǎng)發(fā)電后會對電網(wǎng)安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成一定影響。至于有多大的影響尚不清楚，因?yàn)槟壳吧形匆姷焦夥l(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)潮流和穩(wěn)定計(jì)算中的數(shù)學(xué)模型。我們知道目前電能是不能大規(guī)模低成本儲存的，在可以預(yù)見的將來也不能大規(guī)模低成本儲存。這就使得光伏發(fā)電的應(yīng)用受到物理因素的制約，同時(shí)也受到地理上的限制。但是隨著技術(shù)和市場的發(fā)展，當(dāng)光伏發(fā)電的上網(wǎng)電量在電網(wǎng)中與火電廠，水電，核電等電廠的發(fā)電量處于可比較的數(shù)量級和成為不可忽略的一部分時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電將對現(xiàn)有發(fā)電模式和電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策和環(huán)境效益帶來如下問題：

第二十頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。

1.負(fù)荷峰谷對電網(wǎng)的影響。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力，這將對電網(wǎng)的早峰負(fù)荷和晚峰負(fù)荷造成沖擊。因?yàn)楣夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能減少電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的擁有量或冗余，所以電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來解決早峰和晚峰的調(diào)峰問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降為代價(jià)的。這當(dāng)然是發(fā)電商所不愿意看到的。

2.晝夜變化，東西部時(shí)差以及季節(jié)的變化對電網(wǎng)的影響。由于陽光和負(fù)荷出現(xiàn)的周期性，光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對電網(wǎng)裝機(jī)容量的需求。

第二十一頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。3.氣象條件的變化。當(dāng)一個(gè)城市的光伏屋頂并網(wǎng)發(fā)電達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，如果地理氣象出現(xiàn)大幅變化，電網(wǎng)將為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供足夠的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組和無功補(bǔ)償容量，來控制和調(diào)整系統(tǒng)的頻率和電壓。在這種情況下，電網(wǎng)將以犧牲經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式為代價(jià)來保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.遠(yuǎn)距離光伏電能輸送。當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)距離輸送電力在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上成為可能時(shí)，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒有旋轉(zhuǎn)慣量，調(diào)速器及勵磁系統(tǒng)，它將給交流電網(wǎng)帶來新的穩(wěn)定問題。如果光伏并網(wǎng)發(fā)電形成規(guī)模采用高壓交直流送電，將會給與光伏發(fā)電直流輸電系統(tǒng)相鄰的交流系統(tǒng)帶來穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)問題，（專門用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的輸電線路，由于使用效率低，將對荒漠太陽能的利用形成制約。用于借道或者兼顧輸送光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電能的輸電線路，由于負(fù)荷率低下，顯得很不經(jīng)濟(jì)。）不論采用高壓交流或直流送出，光伏并網(wǎng)發(fā)電站都必須配備自動無功調(diào)壓裝置。至于對電網(wǎng)穩(wěn)定的影響，目前還未見到光伏發(fā)電在電網(wǎng)穩(wěn)定計(jì)算中的數(shù)學(xué)模型（包括電源模型和負(fù)荷模型）。光伏并網(wǎng)發(fā)電將對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有多大的影響目前尚不清楚。第二十二頁，編輯于星期六：二十三點(diǎn)三分。5.降耗問題；光伏并網(wǎng)發(fā)電的一個(gè)主要優(yōu)勢是可替代礦物燃料的消耗。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電增加了發(fā)電廠發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用或者是熱備用，因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)際降耗比率應(yīng)該扣除旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組或熱備用機(jī)組損失的能量。光伏并網(wǎng)發(fā)電的降耗效率應(yīng)該考慮到由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供的電力導(dǎo)致發(fā)電公司機(jī)組利用小時(shí)數(shù)降低帶來的效率損失。6.環(huán)保問題；光伏發(fā)電帶來的減排效果是否應(yīng)該只考慮火電排放的二氧化硫和二氧化碳還有待討論，因?yàn)楫?dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，同樣電網(wǎng)在考慮電網(wǎng)安全，穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，往往減少出力的不僅僅是火電廠，