并网光伏发电系统

5.3并网光伏系统太阳能光伏发电系统除独立光伏系统外，并网系统也是太阳能光伏发电的一种重要形式。独立光伏系统因不需要与公用电网相连接，所以必须增加储能元件，从而增加了系统的成本，而并网光伏系统接入国家电网，在系统发电量过剩时，将剩余电量输入国家电网，系统发电量不足时，将从国家电网购买电能，以供负载使用。并网光伏系统因为不需要专门的储能元件，所以建设和维护成本相对较低。并网光伏系统根据不同的构成，使用目的等可以进行各种分类，如根据光伏发电系统所产生的电能是否送到电力系统可分为有逆流型并网系统，无逆流型并网系统，切换型并网系统，直、交流型并网系统和地域型并网系统。

第一页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.1有逆流型并网系统有逆流型并网光伏系统示意图第二页，编辑于星期六：二十三点三分。有逆流型并网系统如上图所示，太阳电池方阵输出的电能供给负载后，因为这类系统中没有储能元件，所以当有剩余电能时剩余电能将流向电网，以免在发电量剩余时造成浪费，充分发挥太阳电池的发电能力，使电能得到充分利用。当太阳能电池方阵发出的电力达不到用户负载要求时，系统又可以从国家电网中得到负载所需要的电能，所以系统的效能比达到最高。第三页，编辑于星期六：二十三点三分。有逆流型并网系统一般省去蓄电池，这对系统成本的减少，系统维护和检修费用的降低有重要意义。有逆流并网发电系统在住宅用，屋顶用以及BIPV光伏建筑一体化等光伏发电系统中，正得到越来越广泛的应用。目前国内外普遍采用的并网光伏系统就是有逆流型并网系统。第四页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.2无逆流型并网系统无逆流型并网光伏系统示意图第五页，编辑于星期六：二十三点三分。无逆流型并网系统如上图所示，太阳电池方阵输出的电能供给负载，即使有剩余电能也不流向电网，此系统称为无逆流型并网系统。当太阳电池方阵的输出不能满足负载的需要时，则从国家电网获得电能以满足系统的要求。由于无逆流型系统中的太阳电池的输出不流入国家电网，因此无逆流型系统要对负载功率进行非常精确的估算，否则当太阳电池方阵所产生的电能过剩时既无法储存也无法输入国家电网，对资源是一种极大的浪费。第六页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.3切换型并网系统切换型并网光伏系统示意图第七页，编辑于星期六：二十三点三分。切换型并网系统如上图所示，该系统主要由太阳电池、蓄电池、逆变器、切换器以及负载等构成。正常情况下，太阳能光伏系统与国家电网分离，直接向负载供电。而当日照不足或连续雨天，太阳能光伏系统的输出不足时，切换器自动切向国家电网一边，由电网向负载供电。这种系统特点是在设计蓄电池的容量时可选择较小容量的蓄电池，以节省投资。第八页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.4直、交流型并网系统直、交流型并网光伏系统示意图第九页，编辑于星期六：二十三点三分。上图（a）所示为直流并网型太阳能光伏系统。由于情报通信用电源为直流电源，因此，太阳能光伏系统所产生的直流电可以直接供给情报通讯设备使用。为了提高供电的可靠性和自立性，太阳能光伏系统也可同时与商用电力系统并用。图（b）为交流并网型太阳能光伏系统，它可以为交流负载提供电能。图中，实线为通常情况下的电能流向，虚线为特殊（灾害）情况下的电流流向。第十页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.5地域型并网系统传统的太阳能光伏系统示意图第十一页，编辑于星期六：二十三点三分。传统的太阳能光伏系统如上图所示，该系统主要由太阳电池、逆变器、控制器、自动保护系统、负荷等构成。其特点是太阳能光伏系统分别与电力系统的配电线相连。各太阳能光伏系统的剩余电能直接送往电力系统（卖电）；各负荷的所需电能不足时，直接从电力系统得到电能（买电）。第十二页，编辑于星期六：二十三点三分。传统的太阳能光伏系统存在如下的问题：1.逆充电问题所谓逆充电问题，是指当电力系统的某处出现事故时，尽管将此处电力系统的其他线路断开，但此处如果接有太阳能光伏系统的话，太阳能光伏系统的电能会流向该处，有可能导致事故处理人员触电，严重的会造成人身伤亡。2.电压上升问题由于大量的太阳能光伏系统与电力系统并网，晴天时太阳能光伏系统的剩余电能会同时送往电力系统，使电力系统的电压上升，导致供电质量下降。第十三页，编辑于星期六：二十三点三分。3.太阳能发电的成本问题目前，太阳能发电的价格太高是制约太阳能发电普及的重要因素，如何降低成本是人们最为关注的问题。4.负荷均衡问题为了满足最大负荷的需要，必须相应地增加发电设备的容量，但这样会使设备投资增加，不经济。第十四页，编辑于星期六：二十三点三分。为了解决上述的问题，因此提出了地域并网型太阳能光伏系统。如下图所示，图中的虚线部分为地域并网光伏系统的核心部分。各负荷、太阳能发电站以及电能存储系统与地域配电线相连，然后与电力系统的高压配电线相连。太阳能发电站可以设在某地域的建筑物的壁面，学校、住宅等的屋顶、空地等处，太阳能发电站、电能储存系统以及地域配电线等设备由独立于电力系统的第三者（公司）建造并经营。第十五页，编辑于星期六：二十三点三分。地域型并网光伏系统示意图第十六页，编辑于星期六：二十三点三分。该系统的特点是：1.太阳能发电站发出的电能首先向地域内的负荷供电，有剩余电能时，电能存储系统先将其存储起来，若仍有剩余的电能时则卖给电力系统；当太阳能发电站的输出不能满足负荷的需要时，先由电能储存系统供电，仍不足时则从电力系统买电。这种并网系统与传统的并网系统相比，可以减少买、卖电量。太阳能发电站发出的电能可以在地域内得到有效地利用，可提高电能的利用率。

第十七页，编辑于星期六：二十三点三分。2.地域并网太阳能光伏系统通过系统并网装置（内设有开关）与电力系统相连。当电力系统的某处出现故障时，系统并网装置检测出故障，并自动断开开关，使得太阳能光伏系统与电力系统脱离，防止太阳能光伏系统的电能流向电力系统，有利用检修与维护，因此这种并网系统可以很好地解决逆充电问题；3.地域并网太阳能光伏系统通过系统并网装置与电力系统相连，所以只需在并网处安装电压调整装置或使用其他方法，就可解决由于太阳能光伏系统同时向电力系统送电时所造成的系统电压上升问题；

第十八页，编辑于星期六：二十三点三分。4.由特点1可知，与传统的并网系统相比，太阳能光伏系统的电能首先供给给地域内的负荷，若仍有剩余电能则由电能储存系统储存，因此，剩余电能可以得到有效利用，可以大大降低成本，有助于太阳能发电的应用和普及；5.负荷均衡问题。由于设置了电能储存装置，可以将太阳能发电的剩余电能储存起来，可以在最大负荷时向负荷提供电能，因此可以起到均衡负荷的作用，从而大大减少调峰设备，节约投资。

第十九页，编辑于星期六：二十三点三分。5.3.6太阳能光伏并网发电对电网的影响由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定差，调节能力差的能源，发电量受天气及地域的影响较大，并网发电后会对电网安全，稳定，经济运行以及电网的供电质量造成一定影响。至于有多大的影响尚不清楚，因为目前尚未见到光伏发电系统在电网潮流和稳定计算中的数学模型。我们知道目前电能是不能大规模低成本储存的，在可以预见的将来也不能大规模低成本储存。这就使得光伏发电的应用受到物理因素的制约，同时也受到地理上的限制。但是随着技术和市场的发展，当光伏发电的上网电量在电网中与火电厂，水电，核电等电厂的发电量处于可比较的数量级和成为不可忽略的一部分时，光伏并网发电将对现有发电模式和电网的技术、经济、政策和环境效益带来如下问题：

第二十页，编辑于星期六：二十三点三分。

1.负荷峰谷对电网的影响。由于光伏并网发电系统不具备调峰和调频能力，这将对电网的早峰负荷和晚峰负荷造成冲击。因为光伏并网发电系统增加的发电能力并不能减少电力系统发电机组的拥有量或冗余，所以电网必须为光伏发电系统准备相应的旋转备用机组来解决早峰和晚峰的调峰问题。光伏并网发电系统向电网供电是以机组利用小时数下降为代价的。这当然是发电商所不愿意看到的。

2.昼夜变化，东西部时差以及季节的变化对电网的影响。由于阳光和负荷出现的周期性，光伏并网发电量的增加并不能减少对电网装机容量的需求。

第二十一页，编辑于星期六：二十三点三分。3.气象条件的变化。当一个城市的光伏屋顶并网发电达到一定规模时，如果地理气象出现大幅变化，电网将为光伏并网发电系统提供足够的区域性旋转备用机组和无功补偿容量，来控制和调整系统的频率和电压。在这种情况下，电网将以牺牲经济运行方式为代价来保证电网的安全稳定运行。

4.远距离光伏电能输送。当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上成为可能时，由于光伏并网发电没有旋转惯量，调速器及励磁系统，它将给交流电网带来新的稳定问题。如果光伏并网发电形成规模采用高压交直流送电，将会给与光伏发电直流输电系统相邻的交流系统带来稳定和经济问题，（专门用于光伏并网发电的输电线路，由于使用效率低，将对荒漠太阳能的利用形成制约。用于借道或者兼顾输送光伏并网发电系统电能的输电线路，由于负荷率低下，显得很不经济。）不论采用高压交流或直流送出，光伏并网发电站都必须配备自动无功调压装置。至于对电网稳定的影响，目前还未见到光伏发电在电网稳定计算中的数学模型（包括电源模型和负荷模型）。光伏并网发电将对电网安全稳定运行有多大的影响目前尚不清楚。第二十二页，编辑于星期六：二十三点三分。5.降耗问题；光伏并网发电的一个主要优势是可替代矿物燃料的消耗。由于光伏并网发电增加了发电厂发电机的旋转备用或者是热备用，因此，光伏并网发电的实际降耗比率应该扣除旋转备用机组或热备用机组损失的能量。光伏并网发电的降耗效率应该考虑到由于光伏并网发电系统提供的电力导致发电公司机组利用小时数降低带来的效率损失。6.环保问题；光伏发电带来的减排效果是否应该只考虑火电排放的二氧化硫和二氧化碳还有待讨论，因为当光伏并网发电时，同样电网在考虑电网安全，稳定和经济运行时，往往减少出力的不仅仅是火电厂，