光伏发电集成技术.ppt

2011年8月26日北京 光伏发电技术与系统集成设计 1 光伏发电的特点2 光伏发电系统的设计 3 用户侧并网的光伏系统 4 特殊设计 5 新技术 6 问题 目录 1 光伏发电系统设计 并网光伏发电系统的设计步骤 1 在考察的基础上进行预可行性研究 2 技术方案确定和设备选型 太阳电池 逆变器 监控 其它设备 运行方式 变压升压等 3 工程设计 与建筑结合 土建施工方案 抗风能力 防雷接地 电网接入系统 4 特殊设计 1 对于BIPV和BAPV 并网方式 遮挡计算 专用BIPV组件的安装设计 造型和美观等 2 对于大型光伏电站 占地计算 场地 基础 机房 围栏 自动跟踪系统等 5 太阳能资源评估 6 太阳辐射传输过程示意 反射 散射 吸收 直射 透镜 地面反射 全球太阳能资源分布 主要太阳能资源国 美国 北非 摩洛哥 阿尔及利亚 突尼斯 利比亚 埃及等 墨西哥 南美洲 东 西海岸 欧洲 法国南部 葡萄牙 西班牙 意大利 希腊 土耳其等 中国西部 澳大利亚 中东 沙特 阿联酋 约旦 以色列等 南非 9 中国气象局地面观测网 日照 10 中国目前可以取得的太阳辐射资料 我国1953年开始测量太阳辐射 气象台站数量从解放初的70个发展到现在的2610个 其中气象站2300个 县级气象站 气象台310个 县级气象站的主要任务是对风 台风 气温 湿度 降雨 雪 雹 地温等参数的观测和预报 与太阳辐射相关的数据只有 日照时数 日照时数的测量是用感光纸记录光强大于120W m2的时间 分辨率为10分钟 从国家气象局网站上可以查到全国122个气象台1957 2007年的辐射数据 不包括台湾 香港和澳门 1993年以前 全国有66个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据 1993年以后 全国只有17个气象台有水平面太阳总辐射和散射辐射的数据 11 布格 朗伯定律 SD S0Fm S0 1350W m2余弦定律 ST SD COS Zm 1 Sin P P0Sin Sin Sin Cos Cos Cos N 23 5Sin 360 284 N 365 DT Dp 1 CosZ 2RT Qp 1 CosZ 2SQT ST DT RT 直散分离 12 太阳能资源的单位换算 1992年以前的太阳辐射单位 Kcal cm21992年以后 MJ m2光伏设计用辐射单位 kWh m21卡 4 18焦耳 1焦耳 1ws甘肃某地水平面年辐射量 6141 6MJ m26141 6 106 3600 1000 1706kWh m21706kWh m2 365 4 70kWh 天甘肃某地水平面年辐射量 147Kcal cm2147 103 4 18 10000 3600 1000 1706 8kWh m21706kWh m2 365 4 70kWh 天 13 太阳能资源数据 10年平均值MJ m2 kcal cm2 水平面上的太阳能资源太阳电池方阵倾斜面上的太阳能资源方阵倾斜面上的太阳辐射量由计算机辅助设计软件完成 如RetScreen等 对于独立光伏系统 优化设计太阳电池方阵的倾角有利于增加冬天的充电电流 适当减少夏季的充电电流 从而有效避免蓄电池的过充电和过放电 也有利于减少蓄电池的冬季储备容量 减少初投资 对于并网光伏系统 追求全年发电量最大 倾角的选择又不相同 对于聚光太阳电池 要求DNI DirectNormalInrradiation 的辐射数据 我们国家没有 14 中国水平面太阳辐射分布图 15 全国平均不同发电系统的年利用小时数Fullrunninghrs peakhrs fordifferentlocation 独立光伏电站效率 60 65 Eff ofstand alongsys 建筑并网光伏发电效率 70 75 Eff ofBIPV BAPV大型并网光伏电站效率 75 80 Eff ofLS PV 16 光伏电站的系统构成和设备选型 大型荒漠电站设备配置和选型 太阳电池 方阵接线箱 直流配电 逆变器 交流配电 数据采集 显示和通信 18 太阳电池 三洋电机高效 超薄HIT电池 日本三洋HIT电池商业化电池效率23 超薄电池 98微米 效率22 8 I 电池结构示意图 兼有c Si 薄膜硅的优点高效率 21 结构相对简单稳定性好低温工艺 200oC 薄膜太阳电池 CIGS薄膜太阳电池 最高效率19 9 商业化12 CdTe太阳电池最高效率 16 9 商业化 9 11 非晶硅薄膜太阳电池 最高效率 12 8 稳定 商业化 6 8 下一代薄膜太阳电池 非晶硅太阳电池结构 5 7 9 10 8 12 效率高达12 的非晶硅太阳电池 夏普宣布非晶硅薄膜电池效率上升至12 这是a Si薄膜电池转换效率的巨大飞跃 新的大型工厂将在2011年开始批量生产双结技术的a Si薄膜电池 碲化镉 CdTe 和铜铟镓硒 CIGS 电池结构 12 14 9 11 GobalSolar新型铜铟镓硒 CIGS 电池 经美国国家可再生能源实验室 NREL 的测试 美国的GlobalSolar在75MW的生产线上生产出出效率高于13 的柔性衬底铜铟镓硒 CIGS 太阳电池 一些太阳电池的效率甚至高达15 3 TheNationalRenewableEnergyLaboratory NREL hasconfirmedthatGlobalSolarEnergyisthefirstcompanytoexceedthe13percentefficiencymarkusingCIGSthinfilmsonaflexiblestainlesssteelsubstrate AlthoughNanosolarclaims NRELindependentlyverifiedseveralofourcellfoilstobeasefficientas15 3percent At15 3percentefficiency theyarethemostefficientprintedsolarcellofanykindaswellasthemostefficientcellonalow costmetalfoil Source GreenTechMedia May10 2010 26 太阳电池的I V特性及功率曲线 I 电流Isc 短路电流Im 最大工作电流V 电压Voc 开路电压Vm 最大工作电压 标准条件 AM 1 5Q 1000W m2T 25 C光强 I温度V 2 5mV C 27 太阳光强与开路电压和短路电流的关系 I 电流Isc 短路电流Im 最大工作电流V 电压Voc 开路电压Vm 最大工作电压 28 温度的影响 随着太阳电池温度的增加 开路电压减少 在20 100 C范围 大约每升高1 C每片电池的电压减少2mV 而光电流随温度的增加略有上升 总的来说 温度升高太阳电池的功率下降 典型功率温度系数为 0 35 C 也就是说 如果太阳电池温度每升高1 C 则功率减少0 35 29 光强的影响 光强与太阳电池组件的光电流成正比 在光强由100W m2 1000W m2范围内 光电流始终随光强的增长而线性增长 而光强对光电压的影响很小 在温度固定的条件下 当光强在400W m2 1000W m2范围内变化 太阳电池组件的开路电压基本保持恒定 30 串联回路太阳电池的热斑现象 d点 此时工作电流为零 组开路电压VGd等于电池1和电池2的开路电压之和 c点 电池1和电池2都有正的功率输出 b点 此时电池1仍然工作在正功率输出 而受遮挡的电池2已经工作在短路状态 没有功率输出 但也还没有成为电池1的负载 a点 此时电池1仍然有正的功率输出 而电池2上的电压已经反向 电池2成为电池1的负载 应当注意到 并不是仅在电池组处于短路状态才会发生 热斑效应 从b点到a点的工作区间 电池2都处于接收功率的状态 如旁路型控制器在蓄电池充满时将通过旁路开关将太阳电池短路 此时就很容易形成热斑 31 并联回路太阳电池的热斑现象 a点 此时电池组的工作电压为零 短路电流Isc等于电池1和电池2的短路电流之和 b点 电池1和电池2都有正的功率输出 c点 此时电池1仍然工作在正功率输出 而受遮挡的电池2已经工作在开路状态 没有功率输出 但也还没有成为电池1的负载 d点 此时电池1仍然有正的功率输出 而电池2上的电流已经反向 电池2成为电池1的负载 此时电池1的功率全部加到了电池2上 如果这种状态持续时间很长或电池1的功率很大 也会在被遮挡的电池2上造成热斑损伤 应当注意到 从c点到d点的工作区间 电池2都处于接收功率的状态 32 防止热斑现象发生 防止热斑现象的办法就是加装旁路二极管和阻断二极管 旁路二极管的作用是在被遮挡组件一侧提供电流通路 阻断二极管的作用是阻断被遮挡组件上的反向电流 33 逆变器 并网逆变器的要求 逆变器转换效率可靠性 元器件选择 保护功能 输出电流总谐波电子兼容技术 电磁干扰 防雷 接地 浪涌 漏电等 最大功率点跟踪技术 MPPT 电网锁相技术孤岛检测和防护并网电路拓扑结构并网系统的群控 监控及调度技术 并网逆变器的拓扑结构 自身带有隔离变压器 并网逆变器的拓扑结构 通过升压变压器并入高压电网 太阳电池的最大功率跟踪 MPPT 要求 快速 准确和稳定 38 孤岛现象和防护 孤岛现象 当电网的部分线路因故障或检修而停电时 停电线路由所连的并网发电装置继续供电 并连同周围的负载构成一个自给供电的孤岛 IEC62116ed1 0 2005 光伏并网逆变器防孤岛测试方法TestingProcedure IslandingPreventionMeasuresforPowerConditionersusedingridconnectedphotovoltaic PV generationsystems 大型荒漠电站 关键设备和技术难点 太阳电池 逆变器 监控系统 自动跟踪 电站工程建设 电网接入系统 超大规模光伏发电 VLS PV 超大规模光伏发电 VLS PV 是国际能源机构 IEA 的第8项任务 Task8 主要研究 追踪超大规模光伏发电的技术和信息 并开展国际间的交流和合作 VLS PV是指10MWp以上的光伏发电系统 一般指荒漠光伏电站 大规模光伏电站 LS PV 技术特点 1 在输电网 发电侧 并网 电流是单方向的 没有储能系统 2 并入中压电网 10kV 35kV 110kV 3 不能自发自用和 净电表计量 只能给出 上网电价 4 少量自用电从电网取 小于1 BIPV的大部分电自用 5 一般功率很大 1MW以上 6 一般都是无人值守 7 要求离负荷中心较近 就地消化 8 一般占用荒地 9 自动跟踪和聚光电池一般都是用在荒漠电站 10 带有气象和运行数据自动监测系统和远程数据传输系统 大型并网光伏电站配置 大型荒漠电站设备配置和选型 太阳电池 方阵接线箱 直流配电 逆变器 交流配电 箱式变压器 数据显示和通信 光伏电站的组串设计 1 取决于逆变器的直流输入电压范围和最高允许电压 2 取决于光伏组件的Vm和Voc 3 取决于当地冬季白天最低温度 我们的组件串并联 大型电站的 组件性能 8 10串 与逆变器最大直流输入电压有关 与MPPT相关 在邳州的条件下 8串 最大电压784 3V 最小电压487 8 25度电压536 9串最大电压890 2v 最小电压565 1v 25度电压621 46 电站场地整理 1 炉渣铺垫 压实 2 只对道路进行处理 3 不做任何处理 4 依势而建 没有平整 48 ConstructionPhases建设阶段 1 EarthMoving平整土地Ifnecessary useofheavymachinery如需要 使用重型机械Nosealing coatingneeded不需覆盖土地Constructionsiteneedsstorageplaceforequipment施工地点需安排设备堆放场地 Geodesy Geology MicroClimate测量 地质 微气候Basicsforconstructiondrawings scheduling施工图的基础StaticAnalyses WindSpeed WeightofSnow influencematerialcosts静力分析 风速 雪重 影响材料成本PartofEnergyYieldCalculation产电量计算 Source PhoenixSolar 太阳电池支架 水泥地基 简单地埋 直接埋地 水泥墩 地扦固定 50 ConstructionPhases建设阶段 2 Ramming打桩Deploymentofenvironmentallyfriendlyrammingtechnologies开发了环境友好的打桩技术Levelingoffgeologicalspecialties按地质特性调整Ideallyfacilitatestheexactalignmentofsupportbeams使得桩基的对直非常方便 Source PhoenixSolar 51 ConstructionPhases建设阶段 3 ErectionofSystemsInstallationofmainbeams ErectionofSystemsInstallationofangel irondependingongeographicalpositionInstallationofcrossbeams Source PhoenixSolar 电站机房 预制机房 混凝土机房 木制机房 没有机房 电缆铺设 54 55 ConstructionPhases建设阶段 Electrical TechnicalWorks电气连接Constructionandinstallationofdistribution transformer andinverters安装配电箱 变压器和逆变器 InstallationofCables敷设电缆Preparingfinalinstallation准备最后的安装Digoutearthcablechannels开挖电缆沟LayingofStrings Strapping放入电缆 Source PhoenixSolar 大型电站组串汇流箱 防雷 组串 汇流箱 大型电站组串汇流箱 大型电站组串汇流箱 直流保险 太阳电池的反向电流能力 一块36片电池串联而成的太阳电池组件 额定工作电流为5A 其反向导通电压 即二极管的正向导通电压 为18V 所能承受的反向电流为20A 需要测定 太阳电池组件的正向开路电压为21V 假定2块组件并联 其中1块被遮挡 在标准日照下另一块组件对其注入的反向电流大约仅有2A 需要测定 则无保护条件下可以并联的组件数量最多为10块 太阳电池的反向电流能力 RCA 越来越多的光伏组件供应商开始在数据清单中标注这一参数 对于小型或中型电站 这一参数没有什么意义 大多数供应商认为IEC61215中10 3节的绝缘电阻测试已经足够了 但是对于大型光伏电站来说是不够的 对于没有安装组串保险或阻断二极管的组串 RCA的数值将决定组串的数量 如果安装组串保险 则使得系统变得更复杂 新标准ENIEC50380中3 6 2节明确规定组件必须标注反向电流能力 RCA 的数值 反向电流能力的数值越高 没有保险的组串的并联数也就可以越大 当每个组串被遮挡时 不会由于热斑而损坏 注意 询问组件供应商 如果安装保险 应当是什么型号 太阳电池的反向电流能力 RCA 并联连接的组串应当有保护 即直流保险 注意 光伏保险 的技术参数尚不存在 一般来说组串之间出现的短暂的电流属于 缓升的短路电流 因此 由持续电弧引起的过热 退火 接线盒和电缆的烧毁都可能发生 注意 一般来说可以在组件供应商提供的数据表上查到推荐的电流值 设法找到推荐的保险类型 例外 在不安装保险的情况下 就应当提供反向电流能力参数 对于并联组串 组串的并联数不应当超过其反向电流承受值的60 例如 组件的反向电流能力 RCA 25A组件的短路电流 6A组串的并联数 4 RCA100 正确的组串数 3 RCA72 大约28 安全系数 IEC61730 2 光伏组件安全性鉴定 第二部分 试验要求 10 9ReversecurrentoverloadTestMST26反向电流过载试验10 9 1PurposeModulescontainelectricallyconductivematerial containedinaninsulatingsystem Underreversecurrentfaultconditions thetabbingandcellsofthemoduleareforcedtodissipateenergyasheat priortocircuitinterruptionbyanover currentprotectorinstalledinthesystem Thistestisintendedtodeterminetheacceptabilityoftheriskofignitionorfirefromthiscondition AlaboratoryDCpowersupplyshallbeconnectedtothemodulewithpositiveoutputconnectedtothepositiveterminalofthemodule Thereversetestscurrent Itest shallbeequalto135 ofthemodule sovercurrentprotectionrating asprovidedbythemanufacturer ThetestsupplycurrentshouldbelimitedtothevalueofItest andthetestsupplyvoltageshallbeincreasedtocausethereversecurrenttoflowthroughthemodule Thetestshallbecontinuedfor2h oruntilultimateresultsareknown whicheveroccursfirst NOTEConcerningthemaximumovercurrentprotectionrating see12 2ofIEC61730 1 直流配电柜 防雷和接地 66 ConstructionPhases建设阶段 5 InstallationofModulesandSecuringofPlant安装组件和防护SecuritySystems 安保系统 fences cameras motiondetectors栅栏 监视器 移动探头 Source PhoenixSolar 67 电站围栏 电网接入系统 徐州中环光伏20兆瓦案例 要素分析 工程投资 20MW光伏电站投资明细表 工程投资 设备构成 自动跟踪系统和聚光电池 72 不同跟踪方式全年太阳能收益对比 固定纬度角 比水平面提高14 单轴水平跟踪 提高40 单轴跟踪倾纬度角 提高51 双轴高精度跟踪 提高56 纬度 33 43 N 经度 112 02 E 海拔 339米 美国Arizona州PhenixWBANNo 23183气象站1961 1990的测试数据 纬度 33 43 N 经度 112 02 W 海拔 339米 气压 974毫巴 自动跟踪系统分类 太阳电池方阵可以固定向南安装 可以安装成不同的向日跟踪系统 分为地平坐标系和赤道坐标系 1 地平坐标跟踪系统以地平面为参照系 跟踪的是2个参数 太阳高度角 太阳射线与地平面的夹角 和太阳方位角 太阳射线在地面上的投影与正南方向的夹角 地平坐标跟踪分为 方位角跟踪和全跟踪 Sin Sin Sin Cos Cos Cos Sin Cos Sin Cos 74 地平坐标示意图 2020 3 15 75 可编辑 赤道坐标系图示 2 赤道坐标跟踪系统以赤道平面为参照系 跟踪的是2个参数 太阳赤纬角 太阳射线与赤道平面的夹角 和太阳时角 地球自转的角度 正午为零 上午为正 下午为负 赤道坐标跟踪分为极轴跟踪 全跟踪和水平轴跟踪 极轴坐标跟踪系统原理图 全跟踪 极轴跟踪 极轴跟踪的最大跟踪误差为 23 5度 COS23 5 0 917 仅有8 3 全年平均误差 4 78 平板自动向日跟踪系统 79 极轴跟踪系统 连排极轴跟踪系统 独立极轴跟踪系统 80 固定支架和单轴自动跟踪支架的比较 自动跟踪支架 固定支架 高倍聚光太阳电池 400X 500X 250X 250X 低倍聚光太阳电池 关于数据采集和远程监测 IEEE1547规定 功率超过250kW的分布式电源必须安装监测系统 以监视DR的接入状态 有功 无功输出和连接点的电压 数据采集和远程监测系统 工作界面 宣传界面 与建筑结合的光伏系统BIPV和BAPV 关键设备和技术难点 太阳电池 特殊BIPV组件 逆变器 数据采集和监控 与建筑结合的设计 87 什么地方可以安装太阳电池 附加的特性 太阳电池与建筑结合后还具有最为重要的特性 发电 传统的建筑材料被太阳电池组件替代后还具有独特的光学效果 安装方式 onainaslopedonainaflatinfrontofcold warmglazedsunshadeslopedroofroofflatroofroofthefacadefacaderoof 88 所需要的安装面积 RequiredareaforPVgeneratorswithdifferentcelltypes 不同朝向安装的太阳电池的发电量 假定向南倾斜纬度角安装的太阳电池发电量为100 其它朝向全年发电量均有不同程度的减少 89 组件的遮挡和通风 好的通风条件对于冷却太阳电池组件很重要 温度升高将减少发电量 组件温度取决于安装方式 Facadeintegration noventilationRoofintegration noventil ationOn infacade poorventil On infacade goodventilationOn inroof poorventilationOn inroof goodventil OnroofwithlargegapFreestanding 应当尽量避免遮挡 对于晶体硅太阳电池 很小的遮挡就会引起很大的功率损失 遮挡对于薄膜电池的影响要小得多 90 金太阳工程 并网发电图解 1 电力公司只同建筑业主结算 2 PV开发商同建筑业主结算 3 由电力公司确定并网点和电能计量装置 金太阳示范工程 技术经济分析 光伏发电在用户侧并网的一些基本概念 93 并网光伏建筑的电气方案1 上网电价 方式 特点 1 电网公司以高电价收购PV电量 2 用户缴纳常规低价电费 3 PV电表接在用户电表之前 电网一侧 94 并网方案2 净电量 方式 Net Metering Model 特点 1 不给特殊电价 2 允许抵消电量 自发自用 3 PV电表接在电表负载一侧 1 NospecialFITforPV 2 ReducepowerconsumptionfromgridbyPV 3 PVconnectgridatloadside 95 并网光伏建筑的电气方案2 净电量计量 方案 特点 1 电力公司不用高价收购PV电量 2 允许抵消用电量 自发自用 3 PV计量电表装在用户电表之后 负载一侧 96 关于实施金太阳示范工程的通知财建 2009 397号2009年7月16日 用户侧并网的光伏发电项目所发电量原则上自发自用 富余电量及并入公共电网的大型光伏发电项目所发电量均按国家核定的当地脱硫燃煤机组标杆上网电价全额收购 自发自用 没有疑问 在负载侧并网 直接被负载消耗 富余电量 电表是否可以双向计量 是否所有反向电流都属于 富余电量 还是按照结算周期定义 富余电量 97 金太阳工程 并网发电图解 1 电力公司只同建筑业主结算 2 PV开发商同建筑业主结算 3 由电力公司确定并网点和电能计量装置 防逆流 98 金太阳工程 并网发电计量方式 99 金太阳工程 并网点 1 多个建筑 多个业主 多点计量 注 图中黄色屋顶上的光伏板代表整个并网光伏系统 含光伏组件 逆变器 隔离变压器 配电系统等 100 金太阳工程 并网点 2 多个建筑 单一业主 单点计量 注 图中黄色屋顶上的光伏板代表整个并网光伏系统 含光伏组件 逆变器 隔离变压器 配电系统等 101 金太阳工程 并网点 3 多个建筑 单一业主 单点计量 注 图中黄色屋顶上的光伏板代表整个并网光伏系统 含光伏组件 逆变器 隔离变压器 配电系统等 关于 逆功率 和 防逆流 103 逆功率 的概念 IEEE1547分布式发电系统接入电网的技术标准 1 并入输电网的光伏系统类似于大型风电场和大型光伏电站 没有逆流的问题 只能向中压电网送电 也没有双向计量的问题 2 在负载侧并网的光伏系统复杂 既有管理模式的问题也有 逆流 技术问题 104 不同的配电网结构 二次网络结构 点供电网络 一个负荷区由多台配电变压器供电 在次级测并联 优点 供电可靠性高 缺点 造价高 必须防 逆流 有分布式发电系统的情况下必须防止误动作 105 不同的配电网结构 放射型配电网 中国绝大部分都是属于放射型配电网结构 每个供电区域由一台配电变压器供电 优点 互不干扰 缺点 支路发生问题后不能及时恢复 必须等到修复 106 净电表计量 三相电接线方案 逆变器 太阳电池 用户缴费的电表 计量PV电量的电表 在变压器次级并网 有放逆流功能时 不需要加装逆流计量电度表 107 数字式 防逆流 保护装置 电源电压 交流220V单相 15 10 频率 50Hz 1Hz装置额定数据交流电流 5A交流电压 100V频率 50Hz功耗 0 5VA 相测量精度交流电流 0 5 交流电压 0 5 有功功率 3 无功功率 3 频率 0 01Hz主要功能方向功率保护电量计量故障记录保护控制信号输出 常开或常闭触点3对 灵敏度 逆向 电流 200mA响应时间 0 2秒 108 逆流 的发生1 HighvoltageduetoDG Highvoltagesmaybecausedbyreversepowerflow Underlightloadforalocationwheretheprimaryvoltageisalreadyhigh thevoltagerisecanbeenoughtopushthevoltageabovenominallimits ThiscanevenhappenforasmallDGlocatedonthesecondarybecauseofthevoltagedropalongtheservicedrop thesecondarywiring andthedistributiontransformer 分布式发电系统引起的高电压 反向功率流可能引起高电压 当负载很轻的时候 此时初级电压已经很高了 这个高电压足以超过电压的上限 当次级侧的分布式发电功率很小的时候 也有可能引起高电压 这是由于架空线路 次级线包和配电变压器上的电压降引起的 109 逆流 的发生2 StudyonD UPFCintheClusteredPVSystemwithGrid Reversepowerflowfromthegrid connectedphotovoltaic PV systemsincreasesthevoltageofpowerdistributionline InthecasethatlargenumbersofresidentialPVsystemsareconnectedtothepowergridwithinasmallarea thissituationcalled clustered 并网 集群光伏系统 功率流控制器的研究一文指出 光伏系统的反向功率流将引起配电线路电压的上升 尤其是当众多户用光伏系统集中在一个小区域内并网 这被称作 集群 这个控制器在发生 逆功率流 情况下也能稳定配电网的电压 110 防逆流 的措施 KeepthePVsystemsizedlowerthantheminimumdaytimeloadatthecustomermeter Indoingso thesystemisdesignedtoensurethatthesiteloadisalwaysdrawingsomepowerfromtheutilitygridwithessentiallynochanceofexportingenergyfromthePVsystemtothenetwork 将光伏输出设计成在白天总是小于负荷 Installaminimumimportrelay MIR orareversepowerrelay RPR IEEE1547 安装最小正向电流断路器或逆向功率断路器 Installadynamicallycontrolledinverter DCI ThisinvertercontrolstheoutputofthePVsysteminverter s ThistypeofsystemmonitorsthelevelofenergycomingintothecustomerlocationandwillrampdownthePVenergyproductioniftheloaddropsbelowaspecificthreshold 安装动态功率可调逆变器 当负荷小到一定 逐级断开光伏 AllowsmallerPVsystemstoconnecttoanetwork MostsmallPVsystems of30kilowatts kW orless 减少光伏系统的安装功率 30kW或更小 111 允许 逆流 的情况下 Usenon unitypowerfactoroperationtogivePVinvertersvoltagecontrolcapability Inverterscanphase shifttheiroutputtosupplyvolt amperesreactive VArs to ordrawthemfrom theutility However tosignificantlyreducevoltageincrease thePVinverterwouldneedtobedesignedforadditionalapparentpowercapability e g a5 kilowattinvertermightneeda6 to7 kilovolt ampererating 要求逆变器必须具有无功补偿功能 以防止 逆流 情况下网压升高 目前国内电网要求 对于大型光伏电站 功率因数调节范围在超前或滞后0 98 对于小型电站要求功率因数接近1 且不调整 StudyonD UPFCintheClusteredPVSystemwithGridKyungsooLee KosukeKurokawaTokyoUniversityofAgriculture Technology 2 24 16Naka cho Koganei shi Tokyo184 8588 JapanAbstract Reversepowerflowfromthegrid connectedphotovoltaic PV systemsincreasesthevoltageofpowerdistributionline ThispaperproposesD UPFC Distribution UnifiedPowerFlowController tosolvetheover voltageconditionwhentheclusteredPVsystemisinjectedtothedistributionsystem 为防止 逆流 情况下配电网电压升高 已有很多公司开发了稳定电压的控制装置 并入中压电网 10kV 110kV 的光伏系统一般属于类似大型荒漠光伏电站和风电场的光伏发电站 光伏发电站的功率潮流是单向的 不存在 逆功率流 的问题 净电量计量 法也不适用 管理办法与大型电站一样 只能以 上网电价 将电量卖给电网公司 不可能 自发自用 德国已经公布了BDEW标准 发电站接入中压电网的技术规定 Generatingplantsconnectedtothemedium voltagenetwork 对于接入中压电网 1kV 60kV 的发电站 包括风力发电 水电站 生物质发电 燃气轮机和光伏发电 做出了技术规定 包括电压 频率等电能质量 有功无功调节能力 低电压穿越能力等 大型光伏电站的检测 113 检测原理 114 在电网电压出现异常跌落时 常常需要并网逆变器此时不能立即脱网 而是需要继续工作 起到支撑电网的作用 当并网点电压在图中电压轮廓线及以上区域内时 逆变器需要保持并网运行 轮廓线以下 逆变器停止向电网送电 LVRT需要考虑 LVRT与反孤岛效应保护的矛盾 如何协调 3 低电压穿越 LVRT 参考试验波形 3 低电压穿越 LVRT 跌落点和恢复点有明显电流振荡 改善算法有效降低振荡 117 有功功率调节 ActivePowerControl 118 无功功率调节 ReactivePowerControl 119 并网点的最大允许短路电流 Max AdmissibleShort CircuitCurrent 并网点的最大允许短路电流由于光伏电站的接入增加了 这有可能超过线路允许的短路电流值 需要重新计算和核实 一般同步发电机的短路电流是额定电流的8倍左右 而光伏电站的短路电流则基本与额定工作电流相当 因此一般情况下 对于光伏电站不需要增设限制短路电流的装置 4 特殊设计 遮挡和占地计算 抗风能力设计 系统的防雷接地 太阳电池方阵间距计算 计算当太阳电池子阵前后安装时的最小间距D 一般确定原则 冬至当天早9 00至下午3 00太阳电池方阵不应被遮挡 122 按照国家标准公式计算间距 当光伏电站功率较大 需要前后排布太阳电池方阵 或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下 需要计算建筑物或树木的阴影 以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离 一般确定原则 冬至当天早9 00至下午3 00太阳电池方阵不应被遮挡 计算公式如下 太阳高度角的公式 sin sin sin cos cos cos 太阳方位角的公式 sin cos sin cos 式中 为当地纬度 为太阳赤纬 冬至日的太阳赤纬为 23 5度 为时角 上午9 00的时角为45度 D cos L L H tan arcsin sin sin cos cos cos 太阳电池方阵抗风能力设计 依据 GB50009 2006建筑结构荷载规范 GB50017 2003 钢结构设计规范 1 需要计算受风梁在受风条件下的弯曲应力和弯曲度 2 需要计算支撑臂在顺风条件下的压曲强度和逆风条件下的拉伸强度 3 需要计算在受风条件下螺栓的剪切力 折断力 的耐受强度 太阳电池支架抗风能力的设计 1 受风梁弯曲强度和弯曲度的计算弯曲力矩M M WL2 8 Nm W 单位长度上的风压 N m L 跨距长度 m 弯曲应力P P M Z N cm2 Z 角钢的截面系数弯曲度A A 5Wt L3 384 E Im cm Wt 受风梁上的总风压 N L 跨距长度 m E 材料的纵向弹性系数 N cm2 Im 横截面二次力矩 cm4 2 支撑臂的压曲荷载 顺风时 欧拉公式计算支架所能承受的压曲荷载 Pk n 2 E Im L2 N n 有支撑条件决定的系数 紧密无松动为1 Im 截面轴向二次力矩 cm4 E 材料的纵向弹性系数 N cm2 L 轴长 cm 总荷重 W G 2应小于Pk 3 支撑臂的拉伸强度 逆风时 拉伸张力B N cm2 B W AW 每根支撑梁所承受的风压 N A 支撑臂的截面积 cm2 4 安装螺栓的强度 逆风时 虽然有4只螺栓 但受理最大的是后面2根 所以有 螺栓最大折断力 1 2 W A N cm2 W 总的逆向风压 N A 螺栓截面积 cm2 Q 设计用风压 N m2 Aw 受风面积 m2 设计用风压Q Q Qo H IQo 基准风压H 高度修正系数I 环境系数I环境系数 对风无遮挡的空旷地带 1 15对风有少量遮挡 0 9对风有较大遮挡 0 7H高度修正系数 太阳电池支架抗风能力的设计 风压荷载太阳电池方阵支架结构的设计要考虑风压荷载 防止因强风导致普破坏 作用于太阳电池阵列的风压荷载由下式计算 W Cw Q AwW 风压荷载 N Cw 风荷载体型系数 Qo基准风压 基准高度为10米Qo 1 2 Vo2 空气密度 N S2 m4 冬季空气密度取 1 274 N S2 m4 Vo 地面10米处50年最大风速 m S 取 42 m S BAPV的安装方式 生根 不生根 BAPV的安装方式 G GravityofPVArrayG mg N m 水泥墩 光伏组件 光伏支架g 9 8m s2方阵面积 Aw 2 63 6 15 78预制混凝土敦 0 37 0 37 0 6 2 5 0 205吨 205kgG 205 8 12 16 300 9 8 20894N 太阳电池支架抗风能力的设计 最大风速 30米 s 12级风 体型系数Cw 逆风25度取 1 1环境系数I 无遮挡取 1 15高度系数 20米 粗糙度B 取 1 25 空气密度 冬季 1 27 N S2 m4 Qo 1 2 Vo2 572N m2方阵面积 Aw 2 63 6 15 78m2Q Qo H I 572 1 25 1 15 821 5N m2W Cw Q Aw 1 1 821 5 15 78 14260NG 205 8 12 16 300 9 8 20894N 不生根方阵水泥墩重量计算 支点 W Cw Q Aw 1 1 821 5 15 78 14260NG 205 8 12 16 300 9 8 20894N力矩平衡 W 动力臂 14260 1 75 24955NmG 阻力臂 20894 1 4 29251 6Nm 风力矩 1 75米 三分之二处 阻力炬 1 2米方阵中心点 屋顶固定 固定