太陽能光伏發(fā)電并網技術的應用研究

詹迅 陳杰

摘要：太陽能光伏發(fā)電并網技術專門應用了太陽能資源，并入到電網系統(tǒng)內，緩解電力供應的壓力。光伏發(fā)電并網技術具有自身的特征，有效實現(xiàn)了太陽能向電能的轉換，體現(xiàn)太陽能應用的實踐價值。本文主要探討太陽能光伏發(fā)電并網技術的相關應用。

關鍵詞：光伏發(fā)電;太陽能;并網技術

在當今能源枯竭，資源緊張的現(xiàn)實狀況下，尋找新能源成為大家關注的話題。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鍵一步。

1.太陽能光伏系統(tǒng)并網技術的設計

1.1子系統(tǒng)組成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的每個子系統(tǒng)相對獨立，分別由光伏組件子系統(tǒng)、直流監(jiān)測配電系統(tǒng)、并網逆變器系統(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。

1.2主設備選型

一般情況下，單臺逆變器容量越大，單位造價相對越低，但是考慮到單臺逆變器容量過大，在故障情況下對整個系統(tǒng)出力影響較大，所以需要結合光伏組件安裝場地的實際情況，選擇額定容量適當?shù)牟⒕W型逆變器。并網逆變器單臺容量目前國產最大可達到500 kVA ，但是100 kVA 及其以上產品目前運行業(yè)績不足。為保證光伏發(fā)電場安全、經濟運行，并網型逆變器可以考慮分散成組相對獨立并網的方式， 這樣有利于整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

并網型逆變器應具有過、欠電壓，過、欠頻率，短路保護，防孤島效應，逆向功率保護等保護功能。每個逆變器都應連接有若干串光伏電池組件，這些光電組件通過直流監(jiān)測配電箱連接到逆變器。直流監(jiān)測配電箱內置組串電流監(jiān)測單元，具有監(jiān)測各組串電流的功能，并以數(shù)據格式將電流監(jiān)測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、低壓進線回數(shù)、電容器均按發(fā)電量設計考慮。

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，容量按設計考慮;低壓進線柜選用低壓抽出式開關柜;高壓出線柜選用中置式空氣絕緣開關柜。升壓變電站設置計算機監(jiān)控系統(tǒng)一套， 全面監(jiān)控升壓站運行情況。監(jiān)控系統(tǒng)采集高壓側的三相電流、電壓、功率、開關狀態(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、電容器開關、10 kV 出線并網開關的投入，同時采集各支路的發(fā)電量。監(jiān)控系統(tǒng)通過群控器實現(xiàn)多路逆變器的并列運行，群控器控制多臺逆變器的投入與退出，具備同步并網能力，具有均分逆變器負載功能，可降低逆變器低負載時的損耗，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逆變器的運行情況，并將所有重要信息遠傳至相關部門。

1.4保護措施

在高溫情況下，升壓變壓器可以進行跳閘保護，在發(fā)生過電流和過電壓時高壓和低壓開關柜內的測控保護裝置則可以進行自動保護。而對于電壓過高、不足，頻率不穩(wěn)等情況時，電容器開關柜內的測控保護裝置則會充分發(fā)揮作用。同時在低壓進線開關處還設有過流跳閘功能。當發(fā)生極性反接、孤島效應及負載過重時，在太陽能光伏系統(tǒng)中逆變器可以實現(xiàn)自動脫離，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，通過獨立引下線來完成。同時還要在電氣設備上進行接地裝置的安裝，做好設備外殼的接地，這樣不僅有效的保證了設備的安全，而且也保護了操作人員工作的安全。

2. 采用光伏發(fā)電并網技術應考慮的問題

2.1系統(tǒng)電壓波動問題

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是會受到光照的強度的直接影響，而太陽光的光照強度受到季節(jié)、天氣等自然因素的影響，這也導致太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不穩(wěn)定，在《電網若干技術原則的規(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)電并網技術在實際應用中，必須充分考慮從電網中瞬間脫離對系統(tǒng)電壓產生的影響，這對加強系統(tǒng)運行中的穩(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)的并網逆變器在轉換電能時產生大量的諧波，這便要求太陽能光伏發(fā)電并網技術在實際應用中必須對其進行檢測，以便于系統(tǒng)的運行中可以更好的控制畸變率，太陽能光伏發(fā)電并網系統(tǒng)運行中如果將電流電并入電網，其所產生的電壓畸變率尚處于國家電網相關標準的允許范圍內，但是電壓并入電流的過程中由于接入點處會有大量的諧波產生，這樣會導致其電壓畸變率會超過國家電網相關標準，所以太陽能光伏發(fā)電并網技術應用中必須對其檢測。

2.3 無功平衡問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝適當?shù)臒o功補償裝置后，能達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)經過逆變器并網升壓至 10kv 入網，要求系統(tǒng)入網側功率因數(shù)達到0.92～0.98，光伏發(fā)電系統(tǒng)應按裝機容量的 60%配置無功補償裝置。

3. 光伏發(fā)電并網系統(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合有時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)方法進行發(fā)電量計算。可按以下原則對不同朝向太陽電池的發(fā)電量進行估計：（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成的，這種材料的電池在溫度超過 27℃時，則溫度如果再繼續(xù)升高，則會導致功率發(fā)生一定的損失，而且每升高 1℃，功率的損失則會增加。這就需要確保光伏電池在安裝過程中需要對其所處的環(huán)境進行考慮，確保其具有良好的通風，盡量避免導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性，無法確定太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)每個太陽電池方陣面上在各個時段的太陽輻射量，只能依據當?shù)貧庀笈_記錄的歷史資料作為參考進行估算。通常氣象臺提供的是水平面上的太陽輻射量， 應根據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 光輻強度下，直流實際輸出功率與理論輸出功率之比。光伏電池組在能量轉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%，光伏電池對太陽光反射損耗約為 6%。

逆變器的轉換效率。即交流輸出功率與直流輸入功率之比，約為90%。

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

4. 結束語

太陽能光伏發(fā)電并網技術在應用中體現(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，可以有效提高能源利用率，在未來具有廣泛的應用前景。社會經濟穩(wěn)步向前發(fā)展，光伏發(fā)電技術的優(yōu)勢也逐漸顯露。

參考文獻：

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