分布式并網光伏發電站系統設計分析

劉洋

【摘 要】在改革開放的新時期，我國的經濟在快速的發展，社會在不斷的進步，人們的生活質量在不斷的提高，電能已經成為維持社會正常運行的重要能源，但是傳統的發電方式會對自然環境造成不同程度的污染，嚴重影響到人們的生存環境。因此，必須加快推動清潔能源的發展，光伏發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。為了對光伏發電進行充分的利用，就需要將光伏發電站所生產的電能有效的并入當地電網中，因此，需要對光伏發電站系統進行深入的分析研究，并結合當地電網的實際情況，進行有針對性的科學合理設計，進而確保光伏發電系統的高效運行，為社會經濟的可持續發展提供可靠保障。

【關鍵詞】分布式;并網;光伏;發電站

引言

光伏發電是應用最廣泛的新能源發電之一。光伏發電系統是依據光電效應原理，光伏發電系統中光伏組件將太陽能轉化為電能并通過逆變器進行整流逆變，然后接入負荷或電網。在光伏發電系統中，太陽能電池陣列是整個系統能源的來源，控制器是整個系統的核心部件之一，蓄電池用于存儲電能并在無光照情況下向負載供電，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，在某些情況下表現出恒壓源特性，某些情況下表現出恒流源特性。例如，當光伏電池輸出電壓較小時，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;當光伏電池輸出電壓超過一定的臨界值時，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度和電池溫度的影響，且在一定的電池溫度和日照強度下有唯一的最大輸出功率點。

1光伏并網發電系統基本原理

光伏并網發電系統主要設備包括：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換的直流電能，先通過DC/DC變換器將低壓直流轉換為高壓直流，再通過DC/AC逆變器對高壓直流逆變成用戶所需的交流電。控制系統通過PWM驅動信號控制DC/DC變換器使系統保持最大功率運行。通過與單級式光伏發電系統的性能比較，兩級式光伏發電系相對單級式光伏發電系統的區別是多了一個DC/DC變換環節，通過MPPT控制逆變過程保持最大功率運行，雖然多了一個DC/DC變換環節會使得能量轉換效率有所下降，但它的PV輸入范圍一般比單級式要寬，因此控制也較簡單，兩級式發電系統一般在中大功率的發電系統中適用較多，而小功率的組串式光伏發電系統則一般都是帶單級式光伏發電系統以保證發電效率。

2光伏發電站系統配置

2.1光伏組件選型

電池組件是光伏發電系統的重要組成部分，也是將光能轉換成電能的基本組成單元，當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換效率和成本兩個方面，不同的光伏電池具有不同的優點，由于單晶硅和多晶硅電池的制造技術相對成熟、產品的性能比較穩定、使用壽命長以及光電轉化效率較高等，被廣泛的應用于并網光伏發電站中。多晶硅太陽能電池的功率規格較多，由5～300Wp在當前國內具有生產廠商，在工程實際訂貨中需要綜合考慮組件效率、技術成熟性、市場占有率，以及采購訂貨時的可選擇余地。

2.2光伏系統運行方式設計

光伏發電系統分為離網型和并網型兩類，與公共電網相連的為并網型光伏發電系統，而獨立運行不與公共電網相連的為離網型。離網型系統多建設在遠離公共電網的偏遠地區，對儲能系統的要求高。并網型系統多建在離公共電網近的區域，可以將光伏電能并入大電網或者從電網獲取電能，對儲能系統的依賴低。該系統采用并網型光伏發電系統，具體工作模式如下。（1）白天通過太陽能電池板發電，供應教學樓的用電需求，當供電充裕時，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。在光照不足或雨雪天氣，由蓄電池組供應電能，不足的部分由電網供電。（2）夜間太陽能電池板無法工作，由蓄電池組供應電能，不足的部分由電網供電。

2.3運行控制技術

目前我國分布式光伏并網發電系統的運行模式主要有如下兩種，一是上級調控監控中心的控制，二是系統智能化控制。運行控制技術在發的系統發電過程中的應用主要是采用實時動態性采集系統運轉所處環境溫度、輻射強度、交流輸出電壓及電流等指標，當被采集的數據與電腦系統輸出功率相關規定相符時，提示光伏發電系統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追蹤模式中作出最有利選擇。在恒壓運行模式下，逆變器中的直流母線電壓指標不變，電壓值是開路電壓的70.0%左右;而在恒功率運行模式下，技術人員可結合需求，連續調整指標。并網結合電力系統相關命令，進行規范性的發電作業;在恒流工運行模式下，并網發電目標的實現是以恒定交流電流為基礎，此時逆變器電流指標高低也能被連續調控，在最大功率位點追蹤運行模式，逆變器不僅能達到對太陽能電池板發電電壓的動態性監測，還可實現對電流電壓指標的全程追蹤，保證不同時間點并網發電作業的連貫性、有效性。

2.4直流匯流系統的選擇

（1）匯流箱根據極限高溫可以知道太能電池板的最大短路電流為8.79A，當選用16進1出類型的匯流箱時，其最大的輸出電流高達140.64A，因此在進行選擇時，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，進而確保能夠與其進行有效的配合，針對不同功率的逆變器選擇相應的直流柜。例如，對于500kW的逆變器而言，其接入的總串數為95，那么接入295Wp極板的數量為1710個，那么接入的匯流箱數量不得少于6個，因此，直流配電柜的配置為6×160A路輸入。

2.5寫字樓用電負荷分析

寫字樓負荷可概括為5類，照明、電腦、加熱、空調、其他設備等。每個辦公室有10個40W的電燈，每日工作14h;有32臺120W的電腦，每日工作8h;每個樓層2臺5kW加熱水器，每日工作4h;每個辦公室有1臺2kW，在夏季6～8月每日工作10h;其他設備3kW，每日工作2h。每層樓總計40個辦公室，總共6層樓。該光伏發電系統用于辦公樓的日常照明用電，最大負荷為96kW，日最大用電量為1152kWh。這里我們選擇90kW負荷、日均用電量900kWh作為發電的基礎數據。

結語

總而言之，分布式并網光伏發電站系統設計是一項綜合性系統的工作，需要設計者對涉及到的影響因素進行統籌規劃合理安排，進而進行有針對性的設計，為光伏發電系統的高效運行提供可靠保障。筆者通過對光伏發電系統特征進行了一定的分析研究，在此基礎上，提出具有一定針對性的光伏發電站系統配置，對于從事相關工作的技術人員具有一定的借鑒意義。

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（作者單位：國網內蒙古東部電力綜合能源服務有限公司）