光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

陳世明

摘 要：隨著能源危機(jī)和環(huán)境問題的不斷加劇，如何利用清潔能源成為關(guān)注的焦點。太陽能作為一種新能源以其環(huán)保、安全可靠，隨處可以得到等優(yōu)點受到人們的青睞。本文通過農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)的新建光伏發(fā)電站，整體介紹了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型及其構(gòu)成。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電站系統(tǒng)；逆變器

1 工程概述

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系中占主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)發(fā)展還處于一種較為落后的狀態(tài)。打造國家農(nóng)業(yè)高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，對農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展將起到帶動、輻射和示范作用。本次設(shè)計內(nèi)容為在高新技術(shù)開發(fā)區(qū)新建容量為200kW并網(wǎng)太陽能電站一座。

2 太陽能電站系統(tǒng)設(shè)計

2.1 工作原理

這一工作原理主要是指對太陽能源的轉(zhuǎn)化，通過控制器能夠加強(qiáng)電路以及用電的控制，同時，有利于保證多余電能的適應(yīng)，對于太陽能電力使用過程，需要通過畜電池來實現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換。

但在一定條件下，夜晚時期，太陽能系統(tǒng)可能會出現(xiàn)畜電池以及用電的控制，在太陽能系統(tǒng)電池出現(xiàn)問題時，也能夠利用畜電池來進(jìn)行控制，逆變器，交流配電柜、防雷系統(tǒng)、匯流箱、直流配電柜、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備組成。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)本工程的裝機(jī)容量，將系統(tǒng)劃分為幾個單元，并將這幾個單元的電量限制在20KW，將這些逆變器的電流與電網(wǎng)相結(jié)合。系統(tǒng)選用電池作為重要組件，并將這些組件的功率限制為250W，但工作電壓則需要將其控制在37.8V。在這一項目進(jìn)行過程中還要注意電壓范圍以及逆變器的電池串聯(lián)情況，同時，對于每一天逆變器的電池組件還要進(jìn)行配置太陽能電池組件并聯(lián)的數(shù)量為Np=20000÷2500=8列。容量為200KW的并網(wǎng)單元，需配置80個電池串列，共計800塊電7池零件。系統(tǒng)在配電過程中對于配電柜的選擇也需要考慮到各單元的影響因素，除了逆變器的裝置監(jiān)測之外，還需要設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控來了解發(fā)電系統(tǒng)的變化。

2.3 蓄電池組的設(shè)計

系統(tǒng)當(dāng)中的電池儲備一般是通過鉛酸蓄電池來進(jìn)行，在計算蓄電池的容量過程中主要是采用以下公式：

Q≥KIT/？濁[1+？琢（t-25）]

公式當(dāng)中的C表示為蓄電池容量[kWh]；

而字母D則用來表示日照時長：日照時間用電也要限制用量。對于蓄電池的修正系數(shù)在一般情況下限制在1.05；

Po：而對于蓄電池的平均負(fù)荷量則需要進(jìn)行重新維修保養(yǎng)的值為0.8；

U：如果限制蓄電池的放電深度，則主要以0.5；

Ka：除了以上幾個方面，還有逆變器在進(jìn)行電流回路時的損失率主要取值為0.7，但如果出現(xiàn)特殊情況，則將逆變器的值設(shè)置為0.8。

本文對于蓄電池的容量計算公式為C=160×3×1.05/（0.7×0.5×0.8）

=1800KWh蓄電池配置負(fù)載按約160KW左右的計算：系統(tǒng)設(shè)計的參考連續(xù)陰雨天數(shù)為3天，根據(jù)電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V。

對于塊單體的蓄電池用量需要采取串聯(lián)的方式，總數(shù)為63組，電池容量則限制為37800Ah，即37800AH×48V=1814.4KWh。

2.4 電池板傾角的計算

在項目進(jìn)行過程中還要重視其實用性的變化，而這一工程主要是采用電池方陣來進(jìn)行。前后排之間間隔為2.5m。太陽能光伏陣列安裝傾角為45°。

2.5 逆變器

在逆變器的設(shè)計過程中需要注重電壓的變化，只有嚴(yán)格限制電壓，才能使逆變器具有更好的負(fù)載能力，因此，考慮到當(dāng)?shù)氐碾妷鹤畲箢~度為220V，因此，就必須將逆變器調(diào)整為220V，這也是逆變器使用過程中的用戶需求，能夠適應(yīng)用戶需求變化。但逆變器在運行過程中也會出現(xiàn)沖擊電流較大的情況，同時，還要注重負(fù)載能力，為最佳選擇。

2.6 方陣支架

這一項目設(shè)計過程中主要是由250W的太陽電池組件組成，同時，還需要太陽電池。在這一過程當(dāng)中，單板尺寸是重要核心，1640mm×990mm×50mm的尺寸為基礎(chǔ)，對于方陣的架設(shè)傾角則為45°。方陣支架需要采用C25混凝土現(xiàn)澆，并設(shè)置地角螺栓，每一個基礎(chǔ)為0.08m3（0.4×0.4×0.6）。

3 光伏方陣電氣設(shè)計

太陽能發(fā)電系統(tǒng)利用系統(tǒng)控制，對太陽能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過建筑物來實現(xiàn)電網(wǎng)的負(fù)載使用，因此，在設(shè)置防逆流裝置時，需要考慮到電流的外部高壓電網(wǎng)，并利用開關(guān)來防止電流裝置的運行，同時，也要盡量防止電流進(jìn)入到電網(wǎng)當(dāng)中的壓力。

3.1 系統(tǒng)直流側(cè)最高工作電壓

在這一系統(tǒng)過程中，要注重電流以及電壓的額定工作電壓，同時，還要對系統(tǒng)的工作電壓制定相應(yīng)的限制，從而防止系統(tǒng)在工作過程中出現(xiàn)問題，以及逆變器直流側(cè)最高電壓。對于直流的輸入需要控制在200V～510V范圍內(nèi)，并將電壓控制在600V。

3.2 組件設(shè)計

在系統(tǒng)發(fā)電過程中，將其進(jìn)行具體劃分，同時，在發(fā)電單元以及電壓配電柜的電壓在一般情況下是接入0.4KV低壓，經(jīng)過0.4KV/10KV（200KVA）變壓器升壓裝置，最終實現(xiàn)整個并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并入10KV中壓交流電網(wǎng)。

逆變器輸出為三相0.4KV電壓。交流配電柜需要進(jìn)行電流交換，同時，變壓器在出現(xiàn)斷路時，也要對每一臺電表與電壓進(jìn)行監(jiān)察，才能夠更好的發(fā)出電流。

4 系統(tǒng)接入電網(wǎng)設(shè)計

由于整個系統(tǒng)需要并入10KV的交流電網(wǎng)，所以本系統(tǒng)需配置1套10KV升壓站，該升壓站主要包含10KV主變、10KV 開關(guān)柜、0.4KV開關(guān)柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。

系統(tǒng)配置10臺并網(wǎng)逆變器的交流輸出直接接入交流配電柜的0.4KV開關(guān)柜，經(jīng)交流低壓母線匯流后通過10KV主變接入高壓的10KV開關(guān)柜，并入10KV中壓交流電網(wǎng)，從而最終實現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電功能。

5 接地及防雷

如果要穩(wěn)定光伏發(fā)電系統(tǒng)運行，就需要采取防雷措施來保護(hù)系統(tǒng)器件，同時，還要考慮外在因素對系統(tǒng)設(shè)備的影響，本系統(tǒng)設(shè)有防雷接地系統(tǒng)。

在施工期進(jìn)行基礎(chǔ)建設(shè)的同時，用-40×4的扁鋼可靠焊接，形成人工接地體，接地電阻范圍限制在4歐姆以內(nèi)，同時，還要為配電室放置避雷針，高度限制為15米之內(nèi)，并將這一位置作為地線，方法能夠根據(jù)以上來進(jìn)行。所有的機(jī)柜要有良好的接地。

對于直流的保護(hù)措施，需要電池支架來與地進(jìn)行良好的接觸，并通過與電纜相連接，來為配電保護(hù)裝置提供重要保證，通過設(shè)置多級保護(hù)裝置有利于防止設(shè)備出現(xiàn)問題。

在采取保護(hù)措施的過程中，需要加強(qiáng)與用戶之間的交流負(fù)載，從而最大程度上防止設(shè)備出現(xiàn)損壞，也能夠進(jìn)行電流匯總，因此，要重視防雷措施的交流。

6 光伏發(fā)電電能質(zhì)量提升的主要對策

6.1 加大并網(wǎng)點短路容量

不斷提升光伏發(fā)電站的電壓，同時也要考慮電站的容量水平變化，主要原因在于這一方式有利于適應(yīng)電壓變化，同時，也能夠使電壓得到平衡。

6.2 電能控制裝置

電網(wǎng)質(zhì)量對于光伏發(fā)電系統(tǒng)至關(guān)重要，除了一般情況當(dāng)中的APF、DSTATCCOM之外，同時，也能夠利用SVC代替，這一裝置也能夠為光伏發(fā)電系統(tǒng)提供支持。

但就光伏發(fā)電系統(tǒng)本身而言，其主要是在發(fā)電過程中就能夠使光伏源具備明顯的優(yōu)勢，不僅能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時，也能夠調(diào)節(jié)電能質(zhì)量，采取多種措施來提升電能質(zhì)量，這對于電能質(zhì)量提升產(chǎn)生很大影響，同時，采取多種措施來控制光伏發(fā)電系統(tǒng)，也有利益解決光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的問題，也能夠更加確定。但需要不斷改進(jìn)電能質(zhì)量，這也是光伏并網(wǎng)的主要特點，通過加強(qiáng)諧波控制，并將諧波與無功補償相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)質(zhì)量的提升。

6.3 增加一定的調(diào)壓設(shè)備

在系統(tǒng)運行過程中，要考慮到設(shè)備的調(diào)壓性，通過將電力器與系統(tǒng)電路相關(guān)聯(lián)，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)電路的搭載，同時，也能夠保證系統(tǒng)電路的工作效率。

這一裝置主要是通過電容器來進(jìn)行調(diào)諧，但同時，系統(tǒng)電路在進(jìn)行調(diào)諧過程中也需要利用濾波電路來實現(xiàn)。這一裝置能夠最大程度上降低諧振特性，并使得諧波能夠得以消除，這一功能主要是對電流的吸收作用，利用這一裝置有利于最大保證系統(tǒng)運行效率，降低投資風(fēng)險，維護(hù)系統(tǒng)的正常運作。

目前最為常見的則是利用無源濾波器來實現(xiàn)對諧波的抑制作用，這一系統(tǒng)有利于保證諧波的固定效率，但同時，使用濾波器也能夠解決系統(tǒng)電路在諧振過程出現(xiàn)的問題，甚至?xí)a(chǎn)生嚴(yán)重的后果，這對于系統(tǒng)運作而言是極為不利的，也是造成系統(tǒng)運行過程出現(xiàn)嚴(yán)重問題的因素。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙爭鳴等.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用.北京：科學(xué)出版社，2005.

[2] 沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發(fā)電技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[3] 司傳濤，周林，張有玉，劉強(qiáng)，馮玉.光伏陣列輸出特性與MPPT控制仿真研究[J].華東電力，2010.

[4] 廖志凌.太陽能獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.

[5] 謝萍，劉永強(qiáng)，馬士超，黃俊彥.光伏系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制策略[J].智能電網(wǎng)與智能電器，2010（14）：24-27.

[6] 劉鳳君.正弦波逆變器[M].北京：科學(xué)出版社，2002.