基于对分布式光伏发电系统的电气设计与分析

发表时间:2019/4/18   来源:《电力设备》2018年第30期   作者:富晓丹 孙家驹 黄廷婷
[导读] 摘要:光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一, 可应用清洁可再生的太阳能支持电能需求, 在治理环境污染问题, 降低GDP能耗等方面均具有非常确切的价值。
        (沈阳麦克奥迪能源科技有限公司  辽宁沈阳  110000)
        摘要:光伏发电是目前广泛应用的节能减排技术手段之一, 可应用清洁可再生的太阳能支持电能需求, 在治理环境污染问题, 降低GDP能耗等方面均具有非常确切的价值。太阳能光伏发电是一项新的国家能源项目,太阳能光伏发电是利用半导体材料的"光伏效应"将太阳辐射能直接转换为电能的一种新型发电技术。光伏发电系统是实现光伏发电功能所需的各类材料及设备的总称,一般由光伏组件、逆变器、交流配电系统等部分组成。太阳能光伏发电主要就是采用高端的技术来构建新一代的发电系统,进而有效的实现能源资源的整合与调度。
        关键词:分布式;光伏发电系统;电气设计;分析
        分布式光伏系统各组成部分的设计过程直接决定了项目的水平。整个系统的整体视觉效果良好, 在一定程度上具有良好的设计效果。它确保了集成系统的所有组件都能保证指定的使用寿命。整个发电集成系统的效率根据项目的期望最大化。
        1 分布式光伏发电系统基本概述
        分布式光伏发电系统是指在用户所在场地或附近建设运行的接入电压10k V以下、单点规模低于6MW, 以用户侧自发自用为主、多余电量上网, 且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。
        分布式光伏发电系统是将具有清洁和可再生特性的太阳能转换成可供使用的一种分布式电力系统。分布式光伏发电系统大多内置于用户站点附近, 操作模式显示在用户侧。目前, 分布式光伏发电系统已在实践中得到成功应用。以下几个方面是典型的: (1) 输出功率相对较小。对经济的影响是低的, 换言之, 对小型分布式光伏发电系统的投资, 收入与大系统基本相同。 (2) 污染小。分布式光伏发电系统在发电过程中不存在噪声明显, 对周围空气和空气的污染较小。 (3) 有效的是缓解土地使用紧张。
        2 分布式光伏发电系统电气设计要点
        2.1 光伏方阵设计
        分布式光伏项目的建设载体主要分为水泥屋顶及彩钢屋顶两类。水泥屋顶承载能力强, 可通过调节光伏阵列的倾斜角度和间距以获取最佳发电量。但通常情况下, 水泥屋顶上的附属设备较多, 实际面积利用率相比彩钢屋顶偏小。彩钢屋顶的规模体量较大且实际面积利用率较高, 彩钢屋顶组件安装形式采用顺屋面坡度平行铺设方式。
        随着光伏组件温度的不断增加, 其中开路电压则会减小;反之, 如果组件温度降低, 那开路电压则会增加。为了更好的保证逆变器在极限低温的情况下都能正常的运行, 那在电池板串联电压计算的适应应该将当地最低的气温充分的考虑进行, 并得出串联的光伏组件数量和直流串联电压 (保证逆变器对光伏组件最大功率点MPPT跟踪范围) 。
        光伏方阵中, 同一光伏组件串中各个光伏组件性能参数应该保持一致, 而其中最大的串联数则可以依据相关公式计算出来, 具体如下:
 
        式中:
        Voc——光伏电池组件的开路电压 (V) ;
        t——为光伏电池组件工作条件下的极限低温 (℃) ;
        Kv——光伏电池组件的开路电压温度系数;
        S——光伏电池组件的串联数 (S向下取整) ;
        Vdcmax——逆变器允许的最大直流输入电压 (V) 。
        光伏方阵的并联方案由汇入逆变器的容量及MPPT数量决定。
        2.2 组件设计
        在光伏组件的选择上, 光伏组件主要有以下几种类型:非晶硅电池组件、单晶硅电池组件、多晶硅电池组件等。其中非晶硅电池组件光电转换效率低, 达到国际先进水平、但是其不够稳定, 经常会出现转换效率下降的现象, 所以未被广泛应用;由于制造晶体硅电池组件工艺成熟, 产品性能稳定, 使用寿命长, 光电转换效率相对较高, 广泛应用于分布式光伏并网项目。晶体硅电池分为单晶硅电池组件和多晶硅电池组件。两者的最大区别在于单晶硅组件的光电转换效率略高于多晶硅组件 (即具有相同功率的电池组件, 单晶硅组件产品小于多晶硅组件的面积) 。在两个电池组件中重要指标差异不大, 执行标准相同, 在工程实践中, 无论是单晶硅还是多晶硅电池都可以选择, 但就目前市场价而言单晶硅组价格比多晶硅组件价格单瓦高3%左右。
        在分布式光伏并网电站中主要应用的光伏组件是60片电池片封装和72片电池片封装的两种系列, 其中60片装组件的市场占有率略高于72片装组件。目前市面上60片装多晶硅组件的主流水平为270Wp~275Wp, 60片装单晶硅组件的主流水平为280Wp~290Wp, 72片装多晶硅组件的主流水平为320Wp~325Wp, 72片装单晶硅组件的主流水平为330Wp~340Wp。结合现阶段国内主流光伏组件厂家产能情况及国内组件市场发展趋势, 并充分并充分考虑组件价格、地区辐照、发电效率等因素, 现阶段考虑选用60片装峰值功率为270Wp~275Wp多晶硅组件或60片装峰值功率为280Wp~290Wp的单晶硅光伏组件。
        2.3 并网逆变器设计
        在光伏并网的系统之中, 逆变控制部分主要承担着整个系统的DC/AC转换, 并且还控制转换电压、谐波含量、频率以及相位等重要的指标, 同时其还具备最大功率的跟踪功能, 是将光伏方阵连接到系统中非常重要的一部分。最大功率跟踪器是一种电子设备, 不论是由太阳辐射或者是负载阻抗引起的变化, 都是不会影响到光伏方阵工作的输出功率, 时刻保持在最佳的状态。
        目前在国内市场上, 逆变器型式主要分三类:集中式逆变器、集散式逆变器和组串式逆变器。
        集中式逆变器的功率应该在100k W-630k W的范围之内, 功率器件则应该使用大电流IGBT, 而系统拓扑结构就应该使用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变, 工频隔离变压器的方式, 防护等级一般为IP20。其体积比较大, 如果在室内安装的话则应该采用立式安装的方式。
        集散式逆变器的功率为1000k W, 功率器件则应该使用大电流IGBT, 系统拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换, 工频隔离变压器的方式, 防护等级一般为IP20。体积较大, 室内立式安装。
 
        图一:10KV接入系统图
        组串式逆变器的功率不大于80k W, 而其防护的等级通常都是IP65, 并且其体积比较小, 能够直接使用室外臂挂的方式进行安装;组串式逆变器主要就是采用模块化设计, 每一个光伏串对应着一个逆变器输入的端口, 其直流端具备着最大功率的跟踪功能, 而交流端并联电网, 其最为重要的优点就是不会受到组串间模块的差异以及阴影遮挡的影响, 同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况, 极大的增加了发电量;组串式逆变器MPPT电压范围比较宽, 通常为250V-850V, 其组件配置也是更加的灵活, 在阴雨天和雾气多的地区,
        发电时间比较长;组串式并网逆变器的体积比较小并且重量轻, 进而搬运和安装起来都极为的方便, 不需要专业工具和设备, 也不需要专门的配电室, 在各种应用中都能够简化施工, 极大的减少了占地。
 
        图二:0.4KV接入系统图
        2.4 并网方式设计
        根据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》, 综合考虑不同电压等级电网的输配电容量、电能质量等技术要求, 根据光伏电站接入电网的电压等级, 可分为小型、中型或大型光伏电站。
        小型光伏电站-接入电压等级为0.4k V低压电网的光伏电站。
        中型光伏电站-接入电压等级为10-35k V电网的光伏电站。
        大型光伏电站-接入电压等级为66k V及以上电网的光伏电站。
        最终可并网电压的等级应该结合实际的电网的条件, 然后在通过经济比选论证来进行确定。如果高低压两级电压都具备接入的条件, 那就应该优先使用低电压等级进行接入。
        分布式光伏发电项目目前常用的接入方式:10KV和0.4KV接入, 接入系统图如图一和图二。
        参考文献
        [1]曹天昊.分布式光伏发电系统电气设计与分析[J].科学与信息化, 2017, 19 (27) .
        [2]王绎, 叶杨, 张晓梅, 等.分布式光伏发电系统电气设计与分析[C]//2014年云南电力技术论坛.2014, (14) :121-121.
 
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