分布式光伏電站的設計研究

俞琪

摘 要：光伏發電是具有可再生、綠色環保、發電系統建造靈活、光伏建筑集成的特點，本文介紹了分布式發電站設計的基本構成，逆變器的特性，并網接入的分類，接地系統施工技術要求進行研究分析。

關鍵詞：光伏電池;逆變器;接入;并網;接地系統

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.130

1 分布式光伏發電站設計的基本構成

由光伏發電系統（光伏組件）、光伏逆變系統（匯流箱;光伏并網逆變器）、并網接入系統（升壓變壓器;并網接入柜（智能電表））構成。

1.1 分布式光伏發電系統主要元器件

光伏電池主要由單晶硅或多晶硅生產而成。多組光伏電池串并聯形成光伏電池板。單晶硅太陽能電池具有較高的光電轉換效率，性能穩定，但成本高。多晶硅太陽能電池具有成本低，轉換效率略低。由于光伏電池板的負電壓溫度系數，設計需考慮在最低環境溫度條件下，光伏組串的開路電壓滿足要求。

1.2 分布式光伏逆變系統

1.2.1 逆變系統常見的形式有三種

①集中式逆變器方案：光伏方陣、直流匯流箱以及逆變器是集中式逆變器結構的主要設備，光伏組件經過串并聯組合光伏方陣，經逆變器將所產生的直流電轉變成交流電。

直流匯流箱→逆變（大容量逆變器）→升壓變

②組串式逆變器方案：運用模塊化方法，將若干個太陽能電池組件串聯接一個逆變器，每串都具有最大功率點跟蹤功能，在交流端并聯后并入電網。

逆變器（小容量多臺）→交流匯流（交流配電箱）→升壓變

③組串式+集中式組合方案：

設計前通過投資成本對比和發電量對比，來選擇在整個生命周期內，哪種逆變器方案更有優勢。

1.2.2 逆變器原理圖

1.2.3 逆變器保護功能

①短路保護;②對地絕緣監測;③逆變器輸出電壓監測;④逆變器輸出頻率監測;⑤剩余電流保護;⑥交流輸出電流的直流分量監測;⑦反孤島保護;⑧環境溫度監測;⑨直流過壓保護：DC二級防雷器（40KA）/AC二級防雷器;⑩過流保護、功率模塊溫度保護。

1.2.4 逆變器降額功能

當模塊溫度或機內溫度超過溫度上限，逆變器會逐漸減小輸出功率，直至模塊溫度恢復到正常范圍，逆變器的輸出功率才會逐步增加至額定功率。當電網電壓過低時，逆變器會通過降額使得輸出電流在規定的范圍之內，逆變器會逐漸減小輸出功率。

1.2.5 與逆變器相關的注意事項

①多臺逆變器不可共用一個斷路器;

②逆變器與斷路器之間不可接入負載;

③逆變器內部裝有集成的綜合漏電電流監測單元，逆變器可以區分故障電流與電容漏電流。逆變器檢測到大于允許值的漏電流時，將迅速與電網斷開。但是如果外部安裝了RCD或者漏電流開關，則其開關的動作電流需為600mA或者更高;

④設計光伏陣列時，每路光伏組串電壓即使在最低溫度下也不超過1000V，否則將造成逆變器不可恢復性損壞;

⑤保證直流側最大短路電流在逆變器允許范圍內，否則可能造成逆變器不可恢復的損壞;

⑥由于太陽光和環境溫度是動態變化，為使光伏陣列能運行于功率最大值，需進行最大功率點跟蹤（MPPT），為了充分利用直流輸入功率，同一輸入MPPT的光伏組串應結構一致，包括相同的型號、相同的電池板數、相同的傾角、相同的方位角。

1.3 升壓及并網接入系統

1.3.1 分布式光伏接入系統分類

對于有升壓站的分布式電源，并網點為分布式電源升壓站高壓側母線或節點;對于無升壓站的分布式電源，并網點為分布式電源的輸出匯總點。電源接入電網的連接處，該電網既可能是公共電網，也可能是用戶電網。分為兩大類：單點接入系統和組合接入系統。單點接入系統分為10KV接入（接入用戶10KV母線）和380V接入（接入用戶配電箱或箱變低壓母線）。10KV接入單個并網點參考容量為0.4-6MW;低壓380V接入單個并網點容量為20-400KW。

1.3.2 380V低壓側并網的要求

①并網計量柜與原有低壓柜母線（垂直母線）之間有明顯斷開點;

②并網計量柜與光伏電源側（含逆變器和交匯流箱）之間有明顯斷開點;

③原低壓系統如有分計量需從分計量下并入（防止重復計量）。

1.3.3 光伏并網計量柜

①置于配電所內;

②并網柜總開滿足（Q/GDW1972《分布式光伏并網專用低壓斷路器技術規范》和Q/GDW1973《分布式光伏并網專用低壓斷路器檢測規程》）具備失壓跳閘有壓合閘，失壓跳閘定值宜整定為20%UN、10秒，檢有壓定值宜整定大于85%UN（接入方案）;

③并網總開關光伏并網專用欠壓脫扣器電源取市電側;

④計量倉需安裝雙向計量表和集抄。

1.3.4 升壓器的選擇

變壓器低壓側的額定功率需要滿足逆變器的輸出要求，且需要有中性點以及外接的中性導體。短路阻抗滿足GB/T17468《電力變壓器選用導則》。

1.4 分布式光伏電站的接地系統

1.4.1 接地系統要求

①在光伏發電系統中，所有非載流金屬部件和設備的外殼都應該接地（如光伏模塊的支架，逆變器外殼等）;

②單臺逆變器系統需要將“PE”電纜接地;

③多臺逆變器系統需要將所有逆變器“PE”電纜以及光伏陣列的金屬框架接至同一個接地銅排上，以實現成等電位連接;

④由于逆變器多為無變壓器型，要求光伏組串的正極和負極均不能接地，否則會造成逆變器無法正常運行。

1.4.2 分布式光伏發電對電能質量的影響

主要有電壓偏差、電壓波動、諧波污染三方面的影響，一般在設計中有關光伏并網的功率補償和諧波治理，會預留有源電力濾波（功率補償）裝置安裝位置，待投運后根據實測數據再確認是否增加有源電力濾波（功率補償）裝置。

2 結語

分布式光伏發電站具有靈活分散特性，具有自發自用，電網調節，余量上網的特點。但接入配電網之后將會一定程度上影響配電網，例如對電能質量、諧波污染等。居民申請分布式光伏并網接入380V低壓將是今后設計研究的重點。

參考文獻：

[1]國家電網.關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見[M].2012.

[2]標準函2012 93號征求意見稿.分布式電源接入電網技術規定[M].

[3]王立喬，孫孝峰.分布式發電系統中的光伏發電技術第2版[M].北京：機械工業出版社，2014.