太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究

詹迅 陳杰

摘要：太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)專門應(yīng)用了太陽能資源，并入到電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，緩解電力供應(yīng)的壓力。光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)具有自身的特征，有效實(shí)現(xiàn)了太陽能向電能的轉(zhuǎn)換，體現(xiàn)太陽能應(yīng)用的實(shí)踐價(jià)值。本文主要探討太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;太陽能;并網(wǎng)技術(shù)

在當(dāng)今能源枯竭，資源緊張的現(xiàn)實(shí)狀況下，尋找新能源成為大家關(guān)注的話題。太陽能是地球上的清潔能源，取之不盡，用之不竭，利用太陽能資源的光伏發(fā)電技術(shù)就是太陽能資源利用的一種。將光伏發(fā)電接入電力系統(tǒng)，是利用太陽能資源的關(guān)鍵一步。

1.太陽能光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)

1.1子系統(tǒng)組成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的每個(gè)子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，分別由光伏組件子系統(tǒng)、直流監(jiān)測(cè)配電系統(tǒng)、并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)等組成，各子系統(tǒng)整合以后，以380 V 三相交流電接至升壓變，升壓后上網(wǎng)。

1.2主設(shè)備選型

一般情況下，單臺(tái)逆變器容量越大，單位造價(jià)相對(duì)越低，但是考慮到單臺(tái)逆變器容量過大，在故障情況下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)出力影響較大，所以需要結(jié)合光伏組件安裝場(chǎng)地的實(shí)際情況，選擇額定容量適當(dāng)?shù)牟⒕W(wǎng)型逆變器。并網(wǎng)逆變器單臺(tái)容量目前國產(chǎn)最大可達(dá)到500 kVA ，但是100 kVA 及其以上產(chǎn)品目前運(yùn)行業(yè)績不足。為保證光伏發(fā)電場(chǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并網(wǎng)型逆變器可以考慮分散成組相對(duì)獨(dú)立并網(wǎng)的方式， 這樣有利于整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

并網(wǎng)型逆變器應(yīng)具有過、欠電壓，過、欠頻率，短路保護(hù)，防孤島效應(yīng)，逆向功率保護(hù)等保護(hù)功能。每個(gè)逆變器都應(yīng)連接有若干串光伏電池組件，這些光電組件通過直流監(jiān)測(cè)配電箱連接到逆變器。直流監(jiān)測(cè)配電箱內(nèi)置組串電流監(jiān)測(cè)單元，具有監(jiān)測(cè)各組串電流的功能，并以數(shù)據(jù)格式將電流監(jiān)測(cè)信息傳輸至逆變器控制器。

1.3 10kV 升壓系統(tǒng)電氣部分

10 kV 升壓變電站的升壓變壓器額定容量、電壓比、低壓進(jìn)線回?cái)?shù)、電容器均按發(fā)電量設(shè)計(jì)考慮。

電器綜合室要求采用分層布置，底層為配電裝置室、電容器室，上層為逆變室， 設(shè)置監(jiān)控屏、逆變器屏。

升壓變壓器選用箱型干式變壓器，容量按設(shè)計(jì)考慮;低壓進(jìn)線柜選用低壓抽出式開關(guān)柜;高壓出線柜選用中置式空氣絕緣開關(guān)柜。升壓變電站設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一套， 全面監(jiān)控升壓站運(yùn)行情況。監(jiān)控系統(tǒng)采集高壓側(cè)的三相電流、電壓、功率、開關(guān)狀態(tài)以及升壓變壓器的鐵心溫度、線圈溫度等信息，控制升壓變壓器高壓開關(guān)、電容器開關(guān)、10 kV 出線并網(wǎng)開關(guān)的投入，同時(shí)采集各支路的發(fā)電量。監(jiān)控系統(tǒng)通過群控器實(shí)現(xiàn)多路逆變器的并列運(yùn)行，群控器控制多臺(tái)逆變器的投入與退出，具備同步并網(wǎng)能力，具有均分逆變器負(fù)載功能，可降低逆變器低負(fù)載時(shí)的損耗，并延長逆變器的使用壽命。監(jiān)控系統(tǒng)通過群控器采集各臺(tái)逆變器的運(yùn)行情況，并將所有重要信息遠(yuǎn)傳至相關(guān)部門。

1.4保護(hù)措施

在高溫情況下，升壓變壓器可以進(jìn)行跳閘保護(hù)，在發(fā)生過電流和過電壓時(shí)高壓和低壓開關(guān)柜內(nèi)的測(cè)控保護(hù)裝置則可以進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。而對(duì)于電壓過高、不足，頻率不穩(wěn)等情況時(shí)，電容器開關(guān)柜內(nèi)的測(cè)控保護(hù)裝置則會(huì)充分發(fā)揮作用。同時(shí)在低壓進(jìn)線開關(guān)處還設(shè)有過流跳閘功能。當(dāng)發(fā)生極性反接、孤島效應(yīng)及負(fù)載過重時(shí)，在太陽能光伏系統(tǒng)中逆變器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫離，避免系統(tǒng)受到損毀。

1.5 防雷接地

雷電作為一種自然現(xiàn)象，為了有效的避免發(fā)生雷擊的可能性，則應(yīng)在升壓變電站的屋頂及光伏電池組件上安裝環(huán)形避雷帶，通過獨(dú)立引下線來完成。同時(shí)還要在電氣設(shè)備上進(jìn)行接地裝置的安裝，做好設(shè)備外殼的接地，這樣不僅有效的保證了設(shè)備的安全，而且也保護(hù)了操作人員工作的安全。

2. 采用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)考慮的問題

2.1系統(tǒng)電壓波動(dòng)問題

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是會(huì)受到光照的強(qiáng)度的直接影響，而太陽光的光照強(qiáng)度受到季節(jié)、天氣等自然因素的影響，這也導(dǎo)致太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定，在《電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定》中明確指出，電力系統(tǒng)的輸出電壓允許偏差范圍是-7～+7%，因此，太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，必須充分考慮從電網(wǎng)中瞬間脫離對(duì)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的影響，這對(duì)加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行中的穩(wěn)定性、安全性以及使用壽命有著重要的作用。

2.2諧波問題

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)逆變器在轉(zhuǎn)換電能時(shí)產(chǎn)生大量的諧波，這便要求太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中必須對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，以便于系統(tǒng)的運(yùn)行中可以更好的控制畸變率，太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中如果將電流電并入電網(wǎng)，其所產(chǎn)生的電壓畸變率尚處于國家電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)，但是電壓并入電流的過程中由于接入點(diǎn)處會(huì)有大量的諧波產(chǎn)生，這樣會(huì)導(dǎo)致其電壓畸變率會(huì)超過國家電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，所以太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中必須對(duì)其檢測(cè)。

2.3 無功平衡問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置后，能達(dá)到較高的電力功率因數(shù)，基本在 0.98 以上，接近純有功輸出。假如光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過逆變器并網(wǎng)升壓至 10kv 入網(wǎng)，要求系統(tǒng)入網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92～0.98，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)按裝機(jī)容量的 60%配置無功補(bǔ)償裝置。

3. 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量

3.1太陽電池安裝的朝向

太陽電池與建筑相結(jié)合有時(shí)不能自由選擇安裝的朝向，不同朝向的太陽電池發(fā)電量是不同的，不能按照常規(guī)方法進(jìn)行發(fā)電量計(jì)算?？砂匆韵略瓌t對(duì)不同朝向太陽電池的發(fā)電量進(jìn)行估計(jì)：（1）假定向南傾斜緯度角安裝的太陽電池發(fā)電量為 100%;（2）其他朝向全年發(fā)電量均有不同程度減少。

3.2光伏電池的溫升

光伏電池通常都是由晶體硅構(gòu)成的，這種材料的電池在溫度超過 27℃時(shí)，則溫度如果再繼續(xù)升高，則會(huì)導(dǎo)致功率發(fā)生一定的損失，而且每升高 1℃，功率的損失則會(huì)增加。這就需要確保光伏電池在安裝過程中需要對(duì)其所處的環(huán)境進(jìn)行考慮，確保其具有良好的通風(fēng)，盡量避免導(dǎo)致溫度升高的因素發(fā)生，確保發(fā)電功率處于最佳水平。

3.3太陽輻射量

由于太陽輻射的隨機(jī)性，無法確定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每個(gè)太陽電池方陣面上在各個(gè)時(shí)段的太陽輻射量，只能依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)記錄的歷史資料作為參考進(jìn)行估算。通常氣象臺(tái)提供的是水平面上的太陽輻射量， 應(yīng)根據(jù)太陽電池方陣的傾斜面角度將其換算成傾斜面上的太陽輻射量。

3.4光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的效率

光伏電池組效率。光伏電池組在 1kW/m 2 光輻強(qiáng)度下，直流實(shí)際輸出功率與理論輸出功率之比。光伏電池組在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失主要受光伏電池組串并聯(lián)損耗、溫度、連接電纜線損等影響。其中光伏電池組串并聯(lián)損耗約為 4%，連接電纜線損約為 3%，光伏電池對(duì)太陽光反射損耗約為 6%。

逆變器的轉(zhuǎn)換效率。即交流輸出功率與直流輸入功率之比，約為90%。

入網(wǎng)傳輸效率。入網(wǎng)傳輸效率指系統(tǒng)輸送至電網(wǎng)的傳輸效率，主要受升壓變壓器性能影響。

4. 結(jié)束語

太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用中體現(xiàn)出其它能源所不具備的清潔、技能、環(huán)保、可再生的優(yōu)勢(shì)，可以有效提高能源利用率，在未來具有廣泛的應(yīng)用前景。社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步向前發(fā)展，光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)也逐漸顯露。

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