淺談“非主流”光伏技術，是一個科普文章系列。因為是“非主流”，所以這個系列的文章不著重介紹并網光伏技術，而從其他周邊不被了解的技術入手進行介紹，達到科普的目的。這個系列的文章主要介紹電網、電氣一次、電氣二次、微網系統、風力發電系統等其他新能源系統、物聯網技術、智能電網技術、以及現在比較熱門的“能源互聯網”。

一、為什么并網難，電站限電，是因為電網壟斷嗎？

火力發電是利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產生的熱能，通過發電動力裝置轉換成電能的一種發電方式。我國的煤炭資源豐富，火力發電占比有絕對的優勢。

發電系統是由勵磁機、勵磁盤、發電機、變壓器、高壓斷路器、升壓站、配電裝置等組成。發電是勵磁機(永磁機)發出高頻電流，副勵磁機發出的電流經過勵磁盤整流，再送到主勵磁機，主勵磁機發出電后經過調壓器以及滅磁開關經過碳刷送到發電機轉子，當發電機轉子通過旋轉其定子線圈便感應出電流，強大的電流通過發電機出線分兩路，一路送至廠用電變壓器，另一路則送到SF6高壓斷路器，由SF6高壓斷路器送至電網。(是不是相當復雜)

與光伏相比，火力發電機組的容量要大的多。至少30MW起步，目前最大單機容量1GW。而且不看天吃飯，有煤就行。

圖1-1

如上圖所示，b變電站高峰時期最大負荷為63MW，a變電站下面有兩個火電廠出力48MW，由于b變電站下面的負載A和B是可變負載，并不是所有時刻都工作在最大負荷，所以大部分時刻a、b變電站的負荷是平衡的。如果有功率過?；蛘吖β什蛔憧梢酝ㄟ^A變電站進行調節。

圖1-2

如圖1-2所示，新增了一個c變電站和2個總功率為60MW的光伏電站，一般情況下，整個電網的潮流方向為c-A、c-b、a-b、a-A;但是如果A變電站出現故障，a、b、c三個變電站就相當與處在孤網運行狀態(不是孤島狀態)。當白天b變電站需求功率大于a變電提供的功率時，c變電站可以出力，由于光伏出力過大，需要限電;當b變電站的需要功率小于a變電站提供功率，如果c變電站繼續出力，整個電網就會崩潰，所以需要將c變電站解裂(切除)。

有很多讀者會問，為什么不限制火力發電出力，或者白天直接切斷火力發電機，使用太陽能發電。在解釋這個問題之前，我先舉一個例子，我們平時駕駛汽車的時候經常會遇見堵車，堵車時間長了，我們會熄火。因為即使汽車的檔位空檔狀態，發動機的轉速仍然會保持在1000轉，發動機依然會耗費汽油。根據能量守恒原理，汽油在汽缸里燃燒時能量沒有轉換成機械能(車輛行駛)就只能轉化成熱量，造成浪費，夏天高溫時甚至會引起自然。

汽車的發動機和火電廠的發電機組原理類似，都是化石能源轉化為機械能或者電能。發動機空檔時發動機有一個1000的轉速。同理我們國家的電網有一個固定的頻率，頻率的固定數值是50Hz，有一個偏差范圍，49.5hz-50.2hz。這個頻率是靠發電機的轉子的固定轉速來維持的?；鹆Πl電機大部分是同步發電機的，也就是它的頻率是和轉速成正比的。有功功率對應頻率，發電廠控制的是頻率，也就是發電機的轉速，如果頻率高了，就降一點。如果有功負荷低了，頻率就上升，發電機轉速升高，然后它就降轉速，使之平衡。

一般情況下，社會用電的總功率大致遵循一條曲線，發電廠按照這個曲線決定投放燃料，如果用電功率出現突降，這類帶有很大慣性的設備是沒法跟著同步降下來的，最多只能逐步降下來，在此期間的煤炭燃燒的熱量會大于需求量，多出的部分只能通過冷卻塔散失到空氣里，非常浪費。

火力發電機組還有一個特點，啟停一次非常麻煩。啟動的時候需要重新點火，鍋爐需要重新加溫。這個過程需要50多個小時，需要各種燃料幾十萬元。從經濟和社會用電安全角度來說我們只能切除光伏用電，不能影響火電。

二、新能源發電的間歇性和電力諧波

很多人說光伏電是“垃圾電”電能質量差，電網不愿意收，所以不好并網和送出。對于這一點我們必須承認。光伏發電有一個缺點就是間歇性。只有白天能發，晴天能多發。這一點會給電網帶來不小的麻煩，特別是大型地面電站，所以電網會要求大型地面電站安裝光功率預測裝置，這種裝置是提高電網調峰能力、增強電網接納光電的能力、改善電力系統運行安全性與經濟性的最為有效、經濟的手段之一。從發電企業角度考慮，精準的光伏功率預測將使得光電可以積極地參與市場競爭，規避由供電的不可靠性而受到的經濟懲罰。

光伏電站光伏功率預測系統主要是由數據采集、數據處理、物理建模、光伏功率預測軟件、圖形、報表和輔助模塊等組成。(如圖1-3)

由于了有準確的實時的氣象數據，通過精確的算法可以預測出一個時間段后的光伏發電功率。如果功率有波動及時做出調整因為有了這個技術，風、光新能源的間歇性的問題得到了很好的解決。

圖1-3

還有一種說法是光伏發電的諧波大，對電網有污染。

波形畸變是由電力系統中的非線性設備引起的，流過非線性設備的電流和加在其上的電壓不成比例關系。圖1-4給出了在一個簡單的非線性電阻上施加正弦電壓的例子，非線性電阻上電壓和電流的關系隨所給出的特性曲線變化。雖然該電阻上所加電壓是理想正弦波，但流過其中的電流卻是非正弦的，即出現了諧波畸變問題。當電壓有較小增加時，電流可能成倍增加，并且其波形也將發生變化。

圖1-4諧波

諧波的形狀有很多種，我們可以簡單的理解成只要不是標準的正弦波，就是諧波。下圖1-6看上有一些復雜，代表的意思是發電機(G)發電通過升壓變壓器(T-1)送入電網(L)然后通過降壓變壓(T-2)送到負荷處。

圖1-5

JXd、JXT1這些符號都是變壓器和線路的阻抗(也可以簡單認為是電阻)各種線路和設備的阻抗都是非線性的，都會產生各種各樣的諧波。