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光伏发电并网技术的应用
发布时间:2015-12-15 10:14:37   击次数:144

       光伏发电;逆变器;并网系统
  一、引言
  光伏的全称是太阳能光伏发电系统。其中光伏板组件主要由太阳电池构成,这种由半导体材料组成的太阳电池可以将太阳能转换成电能,而太阳能光伏发电系统又可以把太阳电池产生的直流电转换为更为常用的交流电与电网耦合。
  随着太阳能光伏发电技术越来越成熟可靠,太阳能光伏发电系统运行方式也层出不穷,主要有独立运行和并网运行两种方式。其中光伏发电并网技术已成为目前应用较为广泛的新能源应用技术。
  二、光伏系统并网技术的设计
  1、子系统组成。光伏模块子系统、直流配电监测系统和逆变器并网系统组成光伏发电系统,子系统相对独立,光伏发电系统通过并网逆变器把产生的380V三相交流电接至升压变压器,之后接入电网。
  2、主设备选型。单台逆变器的容量越大,单位造价相对越低,但容量越大,一旦发生故障,对整个系统产生的冲击越大。所以在选择并网逆变器时,需考虑光伏系统应用的实际情况,确定出额定容量适合的逆变器,并网型逆变器同时需有短路、过电压、过频率保护、欠电压、频率保护、逆向功率保护等功能。光伏电池组件通过直流配电监测装置连接逆变器,直流配电监测装置能够监测各个光伏电池内的电流,可以将电流信息以数据形式发送给逆变器控制器。为保证光伏发电系统安全稳定运行,可以将并网逆变器分散成独立并网的形式。
  3、升压系统。并网逆变器产生的380V交流电需要升压入网,光伏发电系统的发电量决定了升压变压器电压比和额定容量,最好选择箱型干式变压器作为首选。升压变电站分层布置,上层作为设有逆变器监控屏的逆变室,下层为配电室。高低压进线柜分别选择中置式空气绝缘和低压抽出式开关柜。另外用来监控升压站工作状况的计算机监控系统也是升压变电站所必须的,系统监控各光伏电池发电量以及升压变压器两端电压、电流及其铁心和线圈温度等信息,监控系统通过分析这些信息来控制升压变压器并网开关的投入量。监控系统可以让多路逆变器在其内部群控器的控制下同步并列运行,群控器还可以对多台逆变器的投切进行控制,对逆变器负载均分,达到降低逆变器低载损耗以及延长其使用寿命的目的。
  4、保护措施。升压变压器装有高温跳闸保护装置,其高压和低压开关柜安装有测控保护装置,可以对过电流、过电压进行保护;并网以及电容器开关柜也装有测控保护装置,可以对电压过高或不足、频率过高或过低进行保护;低压进线开关设有过流跳闸功能。一旦发生极性反接、孤岛效应、负载过重等问题,逆变器能自动从系统中脱离。
  5、防雷接地。在采用全户内型的升压变电站的屋顶和光伏电池组件上安装设有独立引下线的环形避雷带可以有效避免雷电打击。另外电气设备需装有接地装置,设备外壳也需接地,以保证操作人员人身安全。
  三、采用光伏发电并网技术应考虑的问题
  1、电压波动问题。光照强度影响着光伏发电装置的输出功率。光照强度受日照、季节、天气等自然因素的影响会导致输出功率不稳定。《电网若干技术原则的规定》中明确电压允许偏差值范围是-7%~+7%。在光伏发电系统应用过程中,需考虑瞬间从电网中脱离对系统电压的影响。
  2、谐波问题。光伏发电系统中光伏电池负责把太阳能转化为电能,此时的电能为直流电,并网逆变器负责将其转化为符合电网相频的正弦波电流,但大量谐波会在直流电逆变成交流电的过程中产生。光伏发电并网系统将光伏电池产生的直流电通过并网逆变器转换为380V交流电,然后再升至10kV并入电网。大量资料表明,电压通过并网逆变器后,电压畸变率为3.3%~4.1%,基本满足国家对电网电压谐波畸变率4.0%的要求。但升压并入电网过程中与电网测接入点会产生背景谐波叠加,可能超过国家规定畸变率,所以有必要在并入电网时进行实际检测。
  3、无功平衡问题。光伏发电系统在安装适当的无功补偿装置后,能达到较高的电力功率因数,基本在0.98以上,接近纯有功输出。假如光伏发电系统经过逆变器并网升压至10kV入网,要求系统入网侧功率因数达到0.92~0.98,光伏发电系统应按装机容量的60%配置无功补偿装置。
  四、光伏发电并网系统的发电量
  并网光伏发电系统的发电量与太阳电池安装朝向、太阳电池的温升和通风、当地太阳辐射能量、太阳电池组件总功率、系统总效率等因素有关。
  1、光伏电池安装方向。光伏电池朝向不同其发电量也不同,对不同安装方向的光伏电池的发电量进行估算时可参照以下原则:安装在向南倾斜纬度角的光伏电池发电量最高,安装在其他方向的光伏电池发电量均照其有不同程度减少。
  2、光伏电池的温升。美国太阳能学会通过研究表明由晶体硅构成的光伏电池,在超过27℃时,每升高1℃,功率便会损失5%。因此光伏发电并网系统中光伏电池的安置需考虑通风问题,避免因温度过高导致发电功率降低。
  3、辐射量。由于太阳光子分布不确定性,导致在不同时段,光伏发电系统的光伏电池组的太阳辐射量不同。应根据光伏电池组的倾斜面角度参照气象台提供的水平面上的太阳辐射量进行估算。
  4、光伏发电并网系统的效率。系统实际输送给电网的发电量与系统理论发电量之比称为系统的效率。其由光伏电池组效率、逆变器的效率、入网传输效率三部分组成。(1)光伏电池组效率。光伏电池组在1kW/m2光辐强度下,直流实际输出功率与理论输出功率之比。光伏电池组在能量转换与传输过程中的损失主要受光伏电池组串并联损耗、温度、连接电缆线损等影响。其中光伏电池组串并联损耗约为4%,连接电缆线损约为3%,光伏电池对太阳光反射损耗约为6%;(2)逆变器的转换效率。即交流输出功率与直流输入功率之比,约为90%;(3)入网传输效率。入网传输效率指系统输送至电网的传输效率,主要受升压变压器性能影响。
  五、结语
  在资源越来越紧缺的今天,利用太阳能进行发电无疑能缓解资源紧缺的压力,随着光伏发电技术愈发成熟,掌握光伏发电并网技术应用中一些必要的知识,能够保证其可行性和经济性,同时光伏发电并网技术更有助于人类的可持续发展。



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