浅谈“非主流”光伏技术：并网为何难？

2018-05-30 15:21:02 大云网　点击量：评论 (0)

浅谈“非主流”光伏技术，是一个科普文章系列。因为是“非主流”，所以这个系列的文章不着重介绍并网光伏技术，而从其他周边不被了解的技术入手进行介绍，达到科普的目的。

浅谈“非主流”光伏技术，是一个科普文章系列。因为是“非主流”，所以这个系列的文章不着重介绍并网光伏技术，而从其他周边不被了解的技术入手进行介绍，达到科普的目的。这个系列的文章主要介绍电网、电气一次、电气二次、微网系统、风力发电系统等其他新能源系统、物联网技术、智能电网技术、以及现在比较热门的“能源互联网”。

一、为什么并网难，电站限电，是因为电网垄断吗？

火力发电是利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能，通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。我国的煤炭资源丰富，火力发电占比有绝对的优势。

发电系统是由励磁机、励磁盘、发电机、变压器、高压断路器、升压站、配电装置等组成。发电是励磁机(永磁机)发出高频电流，副励磁机发出的电流经过励磁盘整流，再送到主励磁机，主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子，当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流，强大的电流通过发电机出线分两路，一路送至厂用电变压器，另一路则送到SF6高压断路器，由SF6高压断路器送至电网。(是不是相当复杂)

与光伏相比，火力发电机组的容量要大的多。至少30MW起步，目前最大单机容量1GW。而且不看天吃饭，有煤就行。

图1-1

如上图所示，b变电站高峰时期最大负荷为63MW，a变电站下面有两个火电厂出力48MW，由于b变电站下面的负载A和B是可变负载，并不是所有时刻都工作在最大负荷，所以大部分时刻a、b变电站的负荷是平衡的。如果有功率过剩或者功率不足可以通过A变电站进行调节。

图1-2

如图1-2所示，新增了一个c变电站和2个总功率为60MW的光伏电站，一般情况下，整个电网的潮流方向为c-A、c-b、a-b、a-A;但是如果A变电站出现故障，a、b、c三个变电站就相当与处在孤网运行状态(不是孤岛状态)。当白天b变电站需求功率大于a变电提供的功率时，c变电站可以出力，由于光伏出力过大，需要限电;当b变电站的需要功率小于a变电站提供功率，如果c变电站继续出力，整个电网就会崩溃，所以需要将c变电站解裂(切除)。

有很多读者会问，为什么不限制火力发电出力，或者白天直接切断火力发电机，使用太阳能发电。在解释这个问题之前，我先举一个例子，我们平时驾驶汽车的时候经常会遇见堵车，堵车时间长了，我们会熄火。因为即使汽车的档位空档状态，发动机的转速仍然会保持在1000转，发动机依然会耗费汽油。根据能量守恒原理，汽油在汽缸里燃烧时能量没有转换成机械能(车辆行驶)就只能转化成热量，造成浪费，夏天高温时甚至会引起自然。

汽车的发动机和火电厂的发电机组原理类似，都是化石能源转化为机械能或者电能。发动机空档时发动机有一个1000的转速。同理我们国家的电网有一个固定的频率，频率的固定数值是50Hz，有一个偏差范围，49.5hz-50.2hz。这个频率是靠发电机的转子的固定转速来维持的。火力发电机大部分是同步发电机的，也就是它的频率是和转速成正比的。有功功率对应频率，发电厂控制的是频率，也就是发电机的转速，如果频率高了，就降一点。如果有功负荷低了，频率就上升，发电机转速升高，然后它就降转速，使之平衡。

一般情况下，社会用电的总功率大致遵循一条曲线，发电厂按照这个曲线决定投放燃料，如果用电功率出现突降，这类带有很大惯性的设备是没法跟着同步降下来的，最多只能逐步降下来，在此期间的煤炭燃烧的热量会大于需求量，多出的部分只能通过冷却塔散失到空气里，非常浪费。

火力发电机组还有一个特点，启停一次非常麻烦。启动的时候需要重新点火，锅炉需要重新加温。这个过程需要50多个小时，需要各种燃料几十万元。从经济和社会用电安全角度来说我们只能切除光伏用电，不能影响火电。

二、新能源发电的间歇性和电力谐波

很多人说光伏电是“垃圾电”电能质量差，电网不愿意收，所以不好并网和送出。对于这一点我们必须承认。光伏发电有一个缺点就是间歇性。只有白天能发，晴天能多发。这一点会给电网带来不小的麻烦，特别是大型地面电站，所以电网会要求大型地面电站安装光功率预测装置，这种装置是提高电网调峰能力、增强电网接纳光电的能力、改善电力系统运行安全性与经济性的最为有效、经济的手段之一。从发电企业角度考虑，精准的光伏功率预测将使得光电可以积极地参与市场竞争，规避由供电的不可靠性而受到的经济惩罚。

光伏电站光伏功率预测系统主要是由数据采集、数据处理、物理建模、光伏功率预测软件、图形、报表和辅助模块等组成。(如图1-3)

由于了有准确的实时的气象数据，通过精确的算法可以预测出一个时间段后的光伏发电功率。如果功率有波动及时做出调整因为有了这个技术，风、光新能源的间歇性的问题得到了很好的解决。

图1-3

还有一种说法是光伏发电的谐波大，对电网有污染。

波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。图1-4给出了在一个简单的非线性电阻上施加正弦电压的例子，非线性电阻上电压和电流的关系随所给出的特性曲线变化。虽然该电阻上所加电压是理想正弦波，但流过其中的电流却是非正弦的，即出现了谐波畸变问题。当电压有较小增加时，电流可能成倍增加，并且其波形也将发生变化。