分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

劉洋

【摘 要】在改革開放的新時(shí)期，我國的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，人們的生活質(zhì)量在不斷的提高，電能已經(jīng)成為維持社會(huì)正常運(yùn)行的重要能源，但是傳統(tǒng)的發(fā)電方式會(huì)對自然環(huán)境造成不同程度的污染，嚴(yán)重影響到人們的生存環(huán)境。因此，必須加快推動(dòng)清潔能源的發(fā)展，光伏發(fā)電就是一種無污染的清潔能源，并且其所利用太陽能是用之不竭的能源。為了對光伏發(fā)電進(jìn)行充分的利用，就需要將光伏發(fā)電站所生產(chǎn)的電能有效的并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)中，因此，需要對光伏發(fā)電站系統(tǒng)進(jìn)行深入的分析研究，并結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行有針對性的科學(xué)合理設(shè)計(jì)，進(jìn)而確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠保障。

【關(guān)鍵詞】分布式;并網(wǎng);光伏;發(fā)電站

引言

光伏發(fā)電是應(yīng)用最廣泛的新能源發(fā)電之一。光伏發(fā)電系統(tǒng)是依據(jù)光電效應(yīng)原理，光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并通過逆變器進(jìn)行整流逆變，然后接入負(fù)荷或電網(wǎng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池陣列是整個(gè)系統(tǒng)能源的來源，控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件之一，蓄電池用于存儲(chǔ)電能并在無光照情況下向負(fù)載供電，逆變器用于將直流電變換為交流電。光伏電池板的輸出是非線性的，在某些情況下表現(xiàn)出恒壓源特性，某些情況下表現(xiàn)出恒流源特性。例如，當(dāng)光伏電池輸出電壓較小時(shí)，輸出電流的變化跟隨電壓的變化幅度很小，光伏電池可看似為恒流源;當(dāng)光伏電池輸出電壓超過一定的臨界值時(shí)，光伏電池輸出電流急劇下降，光伏電池可看似為恒壓源。所以，光伏電池的特性受到日照強(qiáng)度和電池溫度的影響，且在一定的電池溫度和日照強(qiáng)度下有唯一的最大輸出功率點(diǎn)。

1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)基本原理

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要設(shè)備包括：光伏電池組件、逆變裝置和控制裝置。光伏電池組件將光能轉(zhuǎn)換的直流電能，先通過DC/DC變換器將低壓直流轉(zhuǎn)換為高壓直流，再通過DC/AC逆變器對高壓直流逆變成用戶所需的交流電?？刂葡到y(tǒng)通過PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制DC/DC變換器使系統(tǒng)保持最大功率運(yùn)行。通過與單級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能比較，兩級(jí)式光伏發(fā)電系相對單級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)別是多了一個(gè)DC/DC變換環(huán)節(jié)，通過MPPT控制逆變過程保持最大功率運(yùn)行，雖然多了一個(gè)DC/DC變換環(huán)節(jié)會(huì)使得能量轉(zhuǎn)換效率有所下降，但它的PV輸入范圍一般比單級(jí)式要寬，因此控制也較簡單，兩級(jí)式發(fā)電系統(tǒng)一般在中大功率的發(fā)電系統(tǒng)中適用較多，而小功率的組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)則一般都是帶單級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)以保證發(fā)電效率。

2光伏發(fā)電站系統(tǒng)配置

2.1光伏組件選型

電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，也是將光能轉(zhuǎn)換成電能的基本組成單元，當(dāng)前的光伏電池主要有：多晶體硅電池、單晶硅電池、薄膜電池以及聚光電池等。在光伏電池的選擇中要充分考慮到電能轉(zhuǎn)換效率和成本兩個(gè)方面，不同的光伏電池具有不同的優(yōu)點(diǎn)，由于單晶硅和多晶硅電池的制造技術(shù)相對成熟、產(chǎn)品的性能比較穩(wěn)定、使用壽命長以及光電轉(zhuǎn)化效率較高等，被廣泛的應(yīng)用于并網(wǎng)光伏發(fā)電站中。多晶硅太陽能電池的功率規(guī)格較多，由5～300Wp在當(dāng)前國內(nèi)具有生產(chǎn)廠商，在工程實(shí)際訂貨中需要綜合考慮組件效率、技術(shù)成熟性、市場占有率，以及采購訂貨時(shí)的可選擇余地。

2.2光伏系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)

光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩類，與公共電網(wǎng)相連的為并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，而獨(dú)立運(yùn)行不與公共電網(wǎng)相連的為離網(wǎng)型。離網(wǎng)型系統(tǒng)多建設(shè)在遠(yuǎn)離公共電網(wǎng)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，對儲(chǔ)能系統(tǒng)的要求高。并網(wǎng)型系統(tǒng)多建在離公共電網(wǎng)近的區(qū)域，可以將光伏電能并入大電網(wǎng)或者從電網(wǎng)獲取電能，對儲(chǔ)能系統(tǒng)的依賴低。該系統(tǒng)采用并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，具體工作模式如下。（1）白天通過太陽能電池板發(fā)電，供應(yīng)教學(xué)樓的用電需求，當(dāng)供電充裕時(shí)，向蓄電池組充電;若蓄電池組充滿，這將多余的電能送至電網(wǎng)。在光照不足或雨雪天氣，由蓄電池組供應(yīng)電能，不足的部分由電網(wǎng)供電。（2）夜間太陽能電池板無法工作，由蓄電池組供應(yīng)電能，不足的部分由電網(wǎng)供電。

2.3運(yùn)行控制技術(shù)

目前我國分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行模式主要有如下兩種，一是上級(jí)調(diào)控監(jiān)控中心的控制，二是系統(tǒng)智能化控制。運(yùn)行控制技術(shù)在發(fā)的系統(tǒng)發(fā)電過程中的應(yīng)用主要是采用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性采集系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所處環(huán)境溫度、輻射強(qiáng)度、交流輸出電壓及電流等指標(biāo)，當(dāng)被采集的數(shù)據(jù)與電腦系統(tǒng)輸出功率相關(guān)規(guī)定相符時(shí)，提示光伏發(fā)電系統(tǒng)可依照效率最高的原則，自行在恒壓恒功率恒電流及最大功率為點(diǎn)追蹤模式中作出最有利選擇。在恒壓運(yùn)行模式下，逆變器中的直流母線電壓指標(biāo)不變，電壓值是開路電壓的70.0%左右;而在恒功率運(yùn)行模式下，技術(shù)人員可結(jié)合需求，連續(xù)調(diào)整指標(biāo)。并網(wǎng)結(jié)合電力系統(tǒng)相關(guān)命令，進(jìn)行規(guī)范性的發(fā)電作業(yè);在恒流工運(yùn)行模式下，并網(wǎng)發(fā)電目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是以恒定交流電流為基礎(chǔ)，此時(shí)逆變器電流指標(biāo)高低也能被連續(xù)調(diào)控，在最大功率位點(diǎn)追蹤運(yùn)行模式，逆變器不僅能達(dá)到對太陽能電池板發(fā)電電壓的動(dòng)態(tài)性監(jiān)測，還可實(shí)現(xiàn)對電流電壓指標(biāo)的全程追蹤，保證不同時(shí)間點(diǎn)并網(wǎng)發(fā)電作業(yè)的連貫性、有效性。

2.4直流匯流系統(tǒng)的選擇

（1）匯流箱根據(jù)極限高溫可以知道太能電池板的最大短路電流為8.79A，當(dāng)選用16進(jìn)1出類型的匯流箱時(shí)，其最大的輸出電流高達(dá)140.64A，因此在進(jìn)行選擇時(shí)，要確保所選擇的匯流箱每路電流不得小于10A，總輸出采用160A的斷路器。（2）直流柜直流柜的選型要充分參考逆變器的型號(hào)，進(jìn)而確保能夠與其進(jìn)行有效的配合，針對不同功率的逆變器選擇相應(yīng)的直流柜。例如，對于500kW的逆變器而言，其接入的總串?dāng)?shù)為95，那么接入295Wp極板的數(shù)量為1710個(gè)，那么接入的匯流箱數(shù)量不得少于6個(gè)，因此，直流配電柜的配置為6×160A路輸入。

2.5寫字樓用電負(fù)荷分析

寫字樓負(fù)荷可概括為5類，照明、電腦、加熱、空調(diào)、其他設(shè)備等。每個(gè)辦公室有10個(gè)40W的電燈，每日工作14h;有32臺(tái)120W的電腦，每日工作8h;每個(gè)樓層2臺(tái)5kW加熱水器，每日工作4h;每個(gè)辦公室有1臺(tái)2kW，在夏季6～8月每日工作10h;其他設(shè)備3kW，每日工作2h。每層樓總計(jì)40個(gè)辦公室，總共6層樓。該光伏發(fā)電系統(tǒng)用于辦公樓的日常照明用電，最大負(fù)荷為96kW，日最大用電量為1152kWh。這里我們選擇90kW負(fù)荷、日均用電量900kWh作為發(fā)電的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

結(jié)語

總而言之，分布式并網(wǎng)光伏發(fā)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性系統(tǒng)的工作，需要設(shè)計(jì)者對涉及到的影響因素進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃合理安排，進(jìn)而進(jìn)行有針對性的設(shè)計(jì)，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供可靠保障。筆者通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)特征進(jìn)行了一定的分析研究，在此基礎(chǔ)上，提出具有一定針對性的光伏發(fā)電站系統(tǒng)配置，對于從事相關(guān)工作的技術(shù)人員具有一定的借鑒意義。

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（作者單位：國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力綜合能源服務(wù)有限公司）