行业精品-光伏电站科普之三 光伏电站设计、运行

【行业精品资料】,光伏电站设计、运行Design and Operation of Photovoltaic Plants,大型光伏电站的系统组成大型光伏电站的施工光伏并网对电网的影响,一、大型并网光伏电站组成,大型并网光伏电站系统框图,光伏阵列将太阳能转变成直流电能，经逆变器的直流和交流逆变后，根据光伏电站接入电网技术规定光伏电站容量确定光伏电站接入电网的电压等级，由变压器升压后，接入中压或高压电网。,光伏方阵（固定或跟踪）汇流箱直流配电柜并网逆变器交流配电柜电网接入系统（升压、计量设备等）交/直流电缆监控及通讯装置防雷接地装置,一、大型并网光伏电站组成,发电侧并网，可以接入公共电网和接入用户侧,一、大型并网光伏电站组成,1.光伏方阵 光伏方阵分为两类：固定式和跟踪式,单轴跟踪系统,双轴跟踪系统,固定式钢管埋地,固定式水泥基础,一、大型并网光伏电站组成,光伏组件常见分类,单晶硅组件,多晶硅组件,非晶硅组件,一、大型并网光伏电站组成,不同辐照度下电流和功率与电压的特性曲线（100%，80%，50%）,不同温度下电流和功率与电压的特性曲线（25，50 ，75 ）,一、大型并网光伏电站组成,光伏方阵由光伏组件通过串联和并联形成。,光伏组件串联示意,光伏组件并联示意,一、大型并网光伏电站组成,光伏连接器,针对非晶硅光伏组件，由于电流小，一般在汇流箱的前级采用光伏连接器进行汇流。,一、大型并网光伏电站组成,2、光伏阵列汇流箱,八进一出汇流箱,十六进一出汇流箱,一、大型并网光伏电站组成,六进一出防雷汇流箱实物图,一、大型并网光伏电站组成,3、直流防雷配电柜,直流断路器防反二极管光伏专用防雷器直流电压表,直流防雷配电柜原理接线图,一、大型并网光伏电站组成,PMD-500K直流防雷配电柜的电气原理框图,输入接线端子示意图,输出铜牌示意图,一、大型并网光伏电站组成,4、并网逆变器,按是否带变压器可分为无变压器型和有变压器型。对于无变压器型逆变器，最大效率 98.5%和欧洲效率98.3%；对于有变压器型逆变器，最大效率 97.1%和欧洲效率96.0%。 按组件接入情况划分单组串式、多组串式、集中式；,集中式并网逆变器,组串式并网逆变器,多组串式并网逆变器,一、大型并网光伏电站组成,SG250K3的外观,一、大型并网光伏电站组成,SG500KTL无变压器型并网逆变器主电路示意图,一、大型并网光伏电站组成,SG500KTL的外观,一、大型并网光伏电站组成,5、交流配电柜,断路器光伏防雷器电压表电流表电能计量仪,交流防雷配电柜原理接线图,一、大型并网光伏电站组成,6、电网接入主要设备,低压配电网：0.4KV 即发即用、多余的电能送入电网,中压电网：10KV、35KV 通过升压装置将电能馈入电网,高压电网：110KV 通过升压装置将电能馈入电网，远距离传输,电网接入系统,一、大型并网光伏电站组成,电网接入主要设备,一、大型并网光伏电站组成,7、交/直流电缆,（1）直流电缆包括汇流箱直流防雷配电柜直流防雷配电柜并网逆变器,（2）直流电缆选择电缆的线径，一般要求损耗小于2%耐压1KV、单芯/双芯电缆阻燃、铠装低烟无卤（对于建筑光伏发电系统）桥架（对于建筑光伏发电系统）；直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）,直流电缆,一、大型并网光伏电站组成,（1）交流电缆包括并网逆变器交流防雷配电柜交流防雷配电柜升压变压器升压变压器电网接入点,（2）交流电缆选择电缆的线径，一般要求损耗小于2%根据电压等级选择相对应的耐压等级桥架（对于建筑光伏发电系统）；直埋/电缆沟（对于大型光伏电站）,交流电缆,一、大型并网光伏电站组成,8、监控及通讯装置,实现发电设备运行控制、电站故障保护和数据采集维护等功能，并与电网调度协调配合，提高电站自动化水平和安全可靠性，有利于减小光伏对电网影响。 在监控系统架构方面，采用与常规厂站综合自动化系统相同架构，即分层分布式结构。,一、大型并网光伏电站组成,并网逆变器常见的通讯方式,光伏并网发电的主界面,并网逆变器的运行界面,光伏并网发电节能减排值,一、大型并网光伏电站组成,9、防雷接地装置,相关标准： 目前没有颁布明确的相关设计标准参考标准 建筑物防雷设计规范GB50057-1994(2000) 交流电气装置的接地 DL/ T 621 1997 SJ/T 11127-1997 光伏(PV)发电系统过电压保护导则 IEC 60364-7-712-2002、IEC 61557-4-2007,一、大型并网光伏电站组成,大型光伏电站典型防雷方案,一、大型并网光伏电站组成,大型光伏电站的系统组成大型光伏电站的施工光伏并网对电网的影响,1、土建施工,1必须按施工图设计要求的位置设置光伏阵列的基础。 2光伏阵列安装前，钢筋混凝土基础顶面的预埋件，应按设计的防腐级别涂防腐涂料，并妥善保护，与支架槽钢可靠连接。 3支架基础强度满足抗恶劣环境要求；基础不会发生沉降和变形；基础的水平和垂直度满足设计要求。,二、大型并网光伏电站施工,2、设备安装,2.1支架安装,1光伏组件支架及其材料应符合设计要求，能满足抗恶劣环境要求，即抗风、防锈、耐腐蚀等。 2光伏组件支架应按设计要求安装在基础上，位置准确，安装公差满足设计要求，与基础固定牢靠。 3支架应与接地系统可靠连接。 4支架按设计图纸进行安装，要求组件安装表面的平整度，安装孔位、孔径应与组件要求一致。,二、大型并网光伏电站施工,2.2光伏组件安装,1在现场安装使用前，确认光伏组件外形完好无损，若发现有明显变形、损伤,应及时更换。 2在组件安装或接线时，推荐用不透明材料将组件覆盖；组件安装前，请不要拆卸组件接线盒；当组件置于光线照射下，不要触摸接线端子，当组件电压大于DC30V时，请注意适当防护，使用绝缘工具。 3光伏组件的排列连接按技术图纸要求，应固定可靠，外观应整齐，光伏组件之间的连接件，便于拆卸和更换。 4光伏组件之间的连接方式，符合设计规定。,二、大型并网光伏电站施工,2.3逆变器安装,1基本安装要求：根据逆变器室内/室外的安装形式，应安装在清洁的环境中，并且应通风良好，并保证环境温度、湿度和海拔高度满足产品规格要求。如有必要，应安装室内排气扇，以避免室温增高。在尘埃较多的环境中，应加装空气过滤网。 2安装与维护前必须保证交直流侧均不带电。为了不导致逆变器损坏，任何直流输入电压不超过直流输入电压限值。 3按照设计图纸和逆变器电气连接的要求，进行电气连接，并标明对应的编号。在电气连接前，用万用表确认光伏阵列的正负极。,二、大型并网光伏电站施工,2.4 汇流箱安装,1基本安装要求：户外安装，防水等级为IP65，但尽量不要放置在潮湿的地方；输入路数不超过汇流箱允许的输入路数；环境温度应满足产品规格要求。 2在电气连接前，用万用表确认光伏阵列的正负极。光伏阵列的正极连到汇流箱直流输入的“DC+”，光伏阵列的负极连到汇流箱直流输入的“DC-”，并标明对应的编号。 3光伏组件至汇流箱的配线性能及保护方法，必须满足电气设备技术基准的规定。,二、大型并网光伏电站施工,2.5直流/交流配电柜安装,1基本安装要求：室内安装，应安装在清洁的环境中，并且应通风良好，并保证环境温度、湿度和海拔高度满足产品规格要求。 2按直流/交流配电柜系统图设计要求敷设电缆。引入配电柜内的电缆应排列整齐，编号清晰。 3直流/交流配电柜内防雷接地与PE线连接，PE线与配电室内的接地装置连接。,二、大型并网光伏电站施工,3 布线工程,1电缆线路施工应符合电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范（GB50168）的规定，电缆符合国家相应的标准。 2光伏发电系统直流部分的施工，应注意正负极性。 3对穿越楼板、屋面和墙面的电缆，其防水套管与建筑物主体间的缝隙，必须做好防水密封，并做好建筑物表面光洁处理，同时满足阻燃性和阻热性。 4直流柜到逆变器和逆变器到交流配电柜的电缆敷设：直流配电柜、逆变器在同一配电室内，两者距离要求较近。交流配电柜、逆变器在同一配电室内，两者距离要求较近。安装电缆剖头处必须用胶带和护套封扎。,二、大型并网光伏电站施工,5光伏组件的连接电缆应有足够的耐候性以保证线缆的使用寿命；连接要保证机械和电性能的完好；组件串联必须是同种型号组件，不同型号组件串联电压相同可以并联。布线完成后，电压与极性的确认、短路电流的测量、非接地的检查。 应按照产品说明书，用万用表测量是否有电压输出，用直流电压测 试正极、负极的极性是否接错；可用直流电流表测量短路电流。,二、大型并网光伏电站施工,4 防雷和接地施工,1电气系统的接地符合电气装置安装工程接地装置施工及验收规范（GB50169）的规定。 2光伏发电系统的升压系统，满足交流电气装置的接地（DL/T621）的规定。 3光伏发电系统和并网接口设备的防雷和接地，符合光伏（PV）发电系统过电压保护导则（SJ/T11127）的规定。 4对需要接地的光伏发电系统设备，应保持接地的连续性和可靠性。接地装置的接地电阻值必须符合设计要求。当以防雷为目的的进行接地时，其接地电阻应小于10。光伏发电系统保护接地、工作接地、过压保护接地使用一个接地装置，其接地电阻不大于4。,二、大型并网光伏电站施工,5电站防雷设计可以参与建筑物防雷设计规范GB50057-1994(2000)。 6避雷带（网）及其支持件安装位置正确。焊接固定的焊缝应饱满无遗漏，防腐良好；采用螺栓固定的应采取双螺帽等防松措施；避雷带（网）应平整顺直，固定点支持件间距均匀，固定可靠。,二、大型并网光伏电站施工,光伏发电系统的调试步骤应为：先调试光伏组件串，调试合格后再依次调试光伏方阵、光伏发电系统直流侧和整个光伏发电系统，直至合格。进行光伏发电系统电能质量测试：工作电压和频率、电压波动和闪变、谐波和波形畸变、功率因数、三相输出电压不平衡度、输出直流分量等应符合电能质量供电电压允许偏差（GB/T12325）、电能质量电压波动和闪变（GB/T15946）、电能质量公用电网谐波（GB/T14549）、电能质量三相电压允许不平衡度（GB/T15543）的规定，以及用户与本市电网经营企业签订合同的要求。进行电网保护功能检测：过/欠电压保护、过/欠频率保护、防孤岛效应、电网恢复、短路保护、逆流保护，其应符合光伏发电系统并网技术要求（GB/T19939）的规定。,二、大型并网光伏电站施工,大型光伏电站的系统组成大型光伏电站的施工光伏并网对电网的影响,我国的太阳能光伏发电呈现出“大规模集中开发、中高压接入”与“分散开发、低电压就地接入”并举的发展趋势。大型电站形式分布式电源形式光照资源的随机性、间歇性、周期性是光伏电站对电网产生影响的最主要因素与常规电源相比光伏发电的自身特点通过电力电子器件并网没有旋转部件：没有惯性、没有阻尼,3. 光伏发电对电网的影响,光伏发电通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电流不平衡；输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变建筑光伏直接在用户侧接入电网，电能质量问题直接影响用户的电器设备安全。,电能质量问题,浙江示范工程在10kV接入、400V接入、220V接入系统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题。随着容量的增大，谐波电流对电网的影响将进一步加大。,太阳能资源具有间歇性、周期性、波动性、周期性等特点。当光伏发电在电源中的比例不断增大的时候，对电网调峰的影响将愈加显著。光伏电源只在白天发电，具有一定的正调峰特性解决光伏发电的短期功率波动问题、如何利用光伏发电的正调峰特性进行合理的经济调度解决输电通道的利用率问题。,电网调频与经济运行问题,西藏羊八井100kW电站：最大功率变化率每分钟70；浙江示范工程（运行3个月）：250kW屋顶工程实测最大功率变化率为每分钟2060kW屋顶工程实测最大功率变化率为每分钟25,采用“集中开发、高压送出”模式开发的大规模光伏电站多集中在西北、华北等日照资源丰富的荒漠/半荒漠地区，而这些地区一般地域范围广而本地负荷小，光伏电站的电力需要进行远距离输送。随着光伏电站数量和规模的不断加大，光照短期波动和周期性变化引起的线路电压超限现象将逐步出现，长距离输电的电压稳定性问题将成为制约大规模光伏电站建设开发的主要因素之一。光伏发电的运行控制特性完全由电力电子逆变器决定，没有转动惯量和阻尼特性，与常规发电机组有较大的区别。光伏发电的大规模接入对电网的安全稳定分析提出了新的挑战。,大电网稳定控制问题,根本原因：我国的中、低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)系统，采用单侧电源辐射型供电网络。光伏电源接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮流和短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。,配电网的运行控制问题,电压调节问题原有的调压方案不能满足接入分布式电源后的配电网电压调节要求。因此必须评估分布式电源对配电网电压的影响，研究新的调压策略,配电网的运行控制问题,对有载调压分接头动作影响高电压 ：DG接入馈线，变压器一次电压接近上限时低电压：DG安装在LTC或者电压调节器侧,对VQC影响DG启停，无功变化造成VQC动作次数越界,配电网的运行控制问题,继电保护问题在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到光伏发电系统的影响。对基于断路器的三段式电流保护的影响最为显著。导致本线路保护的灵敏度降低及拒动；导致本线路保护误动导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性导致重合闸不成功,日本2.2MW太阳城项目：大量配电网保护更换；浙江示范工程：加装低周、低压解列、过流等保护；校核和调整10kV电流速断、延时电流速断、过流保护、反向故障保护定值。,配电网的运行控制问题,孤岛引起的安全问题线路维护人员人身安全受到威胁与孤岛地区相连的用户供电质量受影响（频率和电压偏出正常运行范围）孤岛内部的保护装置无法协调电网供电恢复后会造成相位不同步孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电,配电网的运行控制问题,配电网的监控通信我国配电网的信息自动化水平相对落后10kV及以下低压线路一般不具备通信通道光伏发电带来的双向计量计费问题,大量分布式光伏发电的接入使配电网对大型发电厂和输电网的依赖逐步减少，使得如何在配电网中确定合理的电源结构、如何协调和有效地利用各种类型的电源、在配电网规划中如何考虑分布式光伏发电的影响等问题的研究，成为迫切需要解决的课题。电