5.1 电网概述
设计和安装并网光伏系统时，需要了解电网是如何运作的，还要了解在电网负载端安装光伏发电系统的作用。
传统上，电网是通过输配电网将大型电站连接到电力用户来运作的。电网运作的步骤如下（图5.1）：
（1）在发电站进行发电（5.1.1节）。
（2）为远程传输增加电压（5.1.2节）。
（3）阶段性逐渐减少电压（5.1.2节）。
（4）电力到达最终用户时的可用电压为230V交流（5.1.3节）。
图5.1 电网（从发电厂发电一直到民用负载）
5.1.1 发电
1.发电机类型
发电是通过一系列不同类型的发电机进行的，以便于满足负载的直接需求。这些发电机有基本负荷发电机、峰荷发电机以及可调发电机。
（1）基本负荷发电机。所需电力大部分来自于基荷发电站。这些发电机在运行时可产生大量的电能，不能够控制它们很快产生的电量。基荷发电站包括燃煤发电厂和核反应堆。
（2）峰荷发电机。多能源发电也包括峰荷发电站。这些发电机能够快速地响应需求变化，根据需要进行开关操作。它们通常局限于较小的装置，包括燃气轮机发电站和水力发电站。
（3）可调发电机。可再生能源发电机也是多能源发电的一部分。主要的可再生能源发电机，比如光伏和风能发电机，因其能源的可变性，产生的是可变输出。
这些不同类型的发电源将连接到电网的各个不同部分，产生了集中式和分布式混合发电。
知识点
澳大利亚光伏协会（APVI）为澳大利亚太阳能光伏市场绘制了交互式地图和图表，包括有关全国电流装置的地图：http：//pv-map.apvi.org.au/
2.发电方式
（1）集中式发电。集中式发电站连接在电网的发电端。电能大量产生，通过输配电网络输送，然后被电网负载端的最终用户（如工厂、企业和住宅）使用。现有的电力系统主要是由集中式发电站组成，这种发电站使用的是各种燃料资源，如煤炭、气体、水（水力）和风力。
随着太阳能产业的发展，作为集中式多能源发电的一部分的集中式光伏发电厂的安装也得到了发展。这些集中式光伏发电厂的发电量最少时50kWp（千瓦峰值），最大时为数百兆瓦。
定义
千瓦峰值（kWp）是太阳能产业中使用的用于描述太阳能光伏系统的标称功率的非国际基本单位：它是指标准测试条件下的峰值输出功率。
澳大利亚标准
AS/NZS 4777 第1部分和第2部分（现行草案）。
AS/NZS 5033：2014 调用了IEC 62109：2010第1部分和第2部分以及AS/NZS 3100：2009。
（2）分布式发电。连接到电网负载端的发电机被称为分布式发电机。许多并网光伏系统均被视为分布式发电机，这是因为它们被电力用户所拥有，位于负载附近。这些通常是较小的光伏系统，功率从1kWp到100kWp不等。其他分布式发电的实例有柴油发电机、小型风力涡轮机和微型水力系统。
分布式发电机通常安装在紧靠于预期负载的位置处。这样做的好处是不需要通过电网把发出的电力分配至用电点就能取得收益。然而，分布式发电可导致电网复杂化，电网在设计时并未考虑分布式发电。电网设计只考虑到了发电源将电力供应给负载，电网还未想到电力会逆流，即从发布式发电源返回到电网。
要点
在电网异常条件下，分布式发电机通常需要从电网隔离。这被称为防孤岛效应。
因此，电网必须确保它持续运转，防止供给其用户的电源出现因分布式发电输入到电网而产生的任何潜在问题。电网对分布式发电系统中使用的并网逆变器的合规和运行设定了各种广泛的要求如下：
1）电网保护要求：①防止有可能形成孤岛效应的电能注入电网；②在电网供应中断或电网超出规定设置范围的情况下运行。
2）需要具有无源和有源防孤岛效应特性，包括：①逆变器将具有至少一种有源防孤岛效应的方法，通过注入电流监控频率位移、频率不稳定度、功率波动或阻抗；②逆变器制造商必须声明它们的产品使用的是哪一种有源防孤岛效应的方法；③按照这些条件，逆变器必须在2s内断开电网；④逆变器的电压和频率必须满足电网的欠压/过压以及欠频/过频限值；⑤在无源防孤岛效应的条件下，逆变器必须在3s内断开（该时间可在要求的取样期内详细说明）。
防孤岛效应在5.3节和第7章中有更详细的说明。
5.1.2 输电和配电
输电和配电网络也被称为电网，将主发电机连接到负载。供电网络运行采用的是高电压、低电流的原则，从而保证损失的电能比采用高电流、低电压的原则所损失的电能还要少。高电压用于长距离输电，电压降到适合最终用户的电压水平。供电网络使用变压器根据需要增加或减少电压。这些变压器安置在变电站中，变电站中也有开关设备和电气保护装置。
国际标准
IEC 60038：2009 规定了标准电压范围，具体见表5.1。
表5.1 电压范围
输电和配电是专为单向的电力潮流而设计的：从供电网络的发电端流向供电网络的负载端。
单线接地回线（SWER）线路是在农村地区使用的一种配电线路。它们是一种具有成本效益的长距离传输电力的方法，但回线（中线）的成本可能很大。
知识点
要进行接地，需要在SWER线路起点处安装隔离变压器，SWER线路沿线的每座房屋也必须通过隔离变压器来连接。
SWER线路是通过将单芯导线架设在农村地区来运行的。接地线使电路完整，以便于电力流过单线，通过接地线返回（图5.2）。
图5.2 SWER线路隔离变压器
虽然系统设计将需要考虑增加网络阻抗的可能性，但通常可以在用SWER线路供电的房屋上安装并网光伏系统。电网运营商对SWER连接的并网系统可能会规定特定的批准程序和要求。
5.1.3 最终用户
电力系统最终用户通常可分为三类：基本（或工业）负载、商用负载和住宅负载。
1.基本（或工业）负载
基本（或工业）负载通常是整年整日运行的工商企业或其他实体所使用的负载。这些负载代表了相对持续的电力需求（图5.3），包括矿井、工业港口和冶炼厂等最终用户。
2.商用负载
商用负载通常是在白天（营业时间）用电，在晚上和周末用电量较低的工商企业所使用的负载（图5.4）。它们包括工厂、办公室、学校和商店等最终用户。
图5.3 典型的基本负载需求曲线
图5.4 典型的商用负载需求曲线（一个工作日内）
这些商用负载的电力需求很可能与光伏系统发电同时出现。这意味着，光伏系统的输出要能够全部或部分与这些商用负载的需求相匹配。
图5.5 典型的住宅负载需求曲线（一个工作日内）
商用负载的运行时间经常会超过1个白班，例如一个工厂可能每周工作7日，三班倒，每班8h。用于这些负载的光伏发电值会在光伏供电范围内，抵消最高电力单位成本时期内使用的电网电能。
3.住宅负载
住宅负载包括房屋和社区建筑。居民生活用电一般早晚较高，那时候大多数居民都在家，而白天时较低，那时大多数居民都在工作或在学校（图5.5）。根据居民的生活方式和用电负载，住宅负载的变化很大。例如，家里有还未上学的幼儿家庭，其在白天的用电量会比家里有上学的大龄儿童的家庭在白天的用电量要高得多。