太阳能光伏发电市电并网电站的应用.doc

太阳能光伏发电市电并网电站的应用.txt11生命是盛开的花朵，它绽放得美丽，舒展，绚丽多资；生命是精美的小诗，清新流畅，意蕴悠长；生命是优美的乐曲，音律和谐，宛转悠扬；生命是流淌的江河，奔流不息，滚滚向前 本文由wfl0814贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 低压电器（） 现代建筑电气篇 供配电? 太阳能光伏发电市电并网电站的应用术 黄磊 （华中科技大学建筑设计研究院，湖北武汉） 摘要：从设计及应用等角度对太阳能光伏发电市电并网电站进行了分析。对太 阳能光伏发电市电并网电站的太阳能电池板阵列、并网逆变器和防雷装置个组成部 分进行了介绍。给出了其在某工程中的具体应用案例，指出太阳能光伏发电市电并网 电站可用于建筑物应急照明系统中。 关键词：太阳能光伏发电；市电并网电站；太阳能电池板阵列；并网逆变器；防雷 装置 黄 磊（一）， 男，工程师，研究方 向为智能建筑电气 设计、太阳能光伏 发电、国家重点实 验室脉冲强磁场的 电气建设。 中图分类号：文献标识码：文章编号：（） （ ， ： ， ，） ， 加， 鲥 ， ， ； ； ； ： ； 引 言 两类，即独立运行和并网运行。 在有公共电网的地区，光伏发电一般与电网 连接，即采用并网运行方式。光伏并网发电系统 是将许多独立的太阳能发电系统的电力通过并网 逆变装置并人常规电网，把常规电网作为光伏发 电系统的载体，与常规电网实现高品质电能的双 向传输。太阳能光伏发电并网运行方式又分为两 种：反馈式发电系统和市电并网系统。 （）反馈式发电系统。当用电负荷较大时， 太阳能电力不足，需要市电网络购电；负荷较小或 不使用电器时，就可以将多余的电力卖给市电。 这种方式的实施意义重大，适用于城市中已全面 改造的电网。 （）市电并网系统。用电负荷远大于太阳能 发电电力，太阳能所发的电与市电并联后向用电 目前，国内能源结构以石化能源为主，而石化 能源很大程度上依赖进口，因此迫切需要通过多 学科交叉、综合系统集成技术，积极探索无公害或 零排放的可持续发展的绿色能源技术与系统。太 阳能发电具有充分的清洁性、资源的相对广泛性 和充足性、长寿命以及免维护性等其他常规资源 所不具备的优点，是世纪最重要的新能源。太 阳能光伏发电系统是利用光伏组件半导体材料的 “光伏效应”，利用太阳的紫外线将太阳光辐射能 直接转换为电能的一种新型发电系统。 太阳能光伏发电系统运行方式 太阳能光伏发电系统的运行方式基本可分为 。基金项目：湖北省建设科技项目（） 一一 万 方数据 供配电? 低压电器（） 现代建筑电气篇 负荷供电，原则是优先使用太阳能所产生的电力。 当太阳能所产生的电力小于用电量时，市电作为 补充。这常常是太阳能发展的中期运用方式。由 于太阳能所发电力未直接接人市电网络，也无须 与供电部门联络，因此十分灵活便利。此系统适 合于包括中国在内的一些发展中国家，尤其适用 于全面改造城市电网阻力很大的城市或地区。 太阳能光伏发电市电并网电站的应用需考虑 以下个方面的问题。 （）全面的经济效益指标，注意降低温室效 应和能源再生的环境效益。 （）包括负载在内的全系统技术指标。 （）寻求在专门设施方面应用的功率匹配性 和必要性。 以上三者是相互关联的。关键就在于要考查 分析该建筑是否有一个独立的用电系统，能够并 且需要应用屋顶光伏发电，而不是依传统思维先 建造一个光伏发电系统，而后随意地将它应用在 照明、空调或其他常规建筑的用电设备上。 太阳能光伏发电市电并网电站主要由部分 组成：太阳能电池板阵列、并网逆变器、防雷装置。 以华中科技大学招待所光伏并网电站为例，选取 块型单晶硅太阳能电池板，共组，每组 块太阳能电池板，采用每组为一相接一个逆 变器，每个逆变器容量为 。具体连接方式如 表所示。 表太阳能电池板连接方式 誉喾嚣臆誊纂 一 太阳能电池阵列的倾角 因太阳能电池方阵的发电量与其接收的太阳 辐射能成正比，所以方阵的安装方位和太阳能电 池板阵列的倾角选择非常重要。以总面积能直面 太阳，不受建筑物的阴影遮挡为宜。需要掌握太 阳能照量的个要素： （）季节。夏季日照量最高，冬季最低。 （）天气。正午日照量最高，晴、阴雨天则相 应降低。 （）方位。以正南向效率为，则东西 向为，北向为的输出量。因此太阳能 电池板阵列的设计方位为正南向设计。 光伏阵列设计需考虑的问题 光伏阵列的寿命几乎不取决于太阳能电池板 本身，而是与太阳能板镜面污垢程度、组件的封装 （包括连接引线及接插件的质量等）有极大关系， 因此设计中对各方面的情况都要加以考虑。 （）各阵列的总线均由导线管保护。 （）方阵的支架和基础设计牢固，能经受当 地最大风力的考验。太阳能电池板基座采用钢架 支撑，底部采用通长的 钢固定。 （）考虑到季节和夜温差变化，在电池组 件安装时，要精心安装调整，不让玻璃受过大的应 力（例如安装时紧固螺钉，要加橡胶垫且松紧适 度等），避免玻璃的损坏。 （）为便于分路控制，太阳能电池板方阵分 为多个支路接入直流控制部分，同时各个支路分 别接有断路器。 （）为防止人身误接触太阳能电池板方阵产 生的高电压、大电流，整个太阳能电池板方阵进行 一 太阳能电池板阵列 太阳能电池板是直接将太阳能转换为电能的 性能参数 关键部位。目前国内外已能商品化生产的太阳能 电池板有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池板， 其发光效率分别为、 一。单晶硅发电效率最高，价格也最贵， 达到形，占地面积最省。目前国内光伏电 站建设多选用多晶硅太阳能电池板。以某公司的 型单晶硅太阳能电池板光电池板为例，其性 能参数指标如表所示。 表太阳能电池板参数 刑县 镀锌槽 标称功工作电开路电工作电短跨电尺寸 流 流 一。率压压 一 太阳能电池板的连接方式 太阳能电池板的连接设计应考虑三相平衡。 万 方数据 低压电器（） 现代建筑电气篇 供配电? 可靠的接地。 （）太阳能电池板设在屋顶，应做防雷设计。 连接，且逆变器在运行过程中，随时检测直流正负 极的对地阻抗，从而保证了逆变器直流侧的短路 故障不会影响到电网。 在系统数据通信系统中，使用了（ 并网逆变器 并网逆变器是并网光伏系统的重要电力电子 ）控制器进行系统监测和数据传 设备，其主要功能是把来自太阳能电池方阵输出 的直流电转换成与电网相同电压和频率的交流 电，并把电力输送给与交流系统连接的负载，同时 还具有极大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功 能和异常或故障时的保护功能。 每台逆变器具有光伏最大功率跟踪功能，可 以实现太阳能电池板与逆变器最大可能的匹配， 提高综合发电量。采用多台逆变器结构，可使系 统具有冗余特性，可靠性高。各逆变器的输出直 接在交流侧并联，并可通过交流 电力电缆 与电网并联。 内置电脑控制系统记录运行数据，采用计算 机及专业软件，通过数据采集控制器，监控太阳能 电池板运行数据及逆变器参数等。系统实现全自 动运行，无需人员操作，可靠性高，维护方便。 采用了两种“孤岛效应”检测方法，即被动式 和主动式两种。被动式检测方法是指实时检测电 网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，在电 网电压的幅值、频率和相位参数上会产生跳变信 号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。主 动式检测方法是指对电网参数产生小干扰信号， 通过检测反馈信号来判断电网是否失电。其中第 一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在 并网点所产生的谐波电压值，通过计算电网阻抗 来进行判断。当电网失电时，会在电网阻抗参数 上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电 情况。并网逆变器检测到电网失电后，立即停止 工作。当电网恢复供电时，并网逆变器并不立即 投入运行，而是需要持续检测电网信号，如电网信 号在一段时间内完全正常，才重新投入运行。 需要指出的是，任何一种“孤岛效应”的检测 方法均具有局限性，要同时从电站管理上来杜绝 检修人员伤亡事故的发生。当需要停电对设备和 线路进行检修时，必须先断开并网逆变器。同时， 逆变器均带有隔离变压器，使得逆变器的直流输 入和交流输出之间电气隔离开来。直流侧的光伏 组件阵列为“浮地”，正负极与地之间都没有电气 一一 输。它配有模拟和数字输入输出通道，并且可以 通过一通信电缆将数台逆变器连接，然后 再与控制器相连。其主要功能如下： （）系统内置可连接外部传感器的输入测量 端口和操作界面，包含个模拟量（如温度、辐照 度、气压、湿度等）和个数字量（如风速、智能电 表等）输入接口。 （）通过一通信总线与逆变采集器 相连接，获取每组光伏组件的发电情况和每台逆 变器的发电功率。 （）监控系统可以存储数据，记录个数 据通道，显示实时运行状况，分析运行数据。 （）系统可以连接外置显示屏，显示户外系 统运行情况，也可以与远程监控器相连，实现无线 远程连接。远程管理员通过手机即可了解到系统 的运行情况。 防雷设计 直击雷是指直接落到太阳能电池阵列、低压 防直击雷措施 配电线路、电气设备的雷击。防直击雷的基本措 施是安装避雷针。由于太阳能光伏发电市电并网 电站中的屋顶外置设备在整个环境中是最高点， 因此应把所有屋顶电池板组件的钢结构与屋顶建 筑的防雷网相连，并在屋顶电池板附近安装避雷 针，以达到防雷击的目的。 防感应雷措施 太阳能光伏发电系统的雷电浪涌入侵途径除 了太阳能电池阵列外，还有配电线路、接地线以及 它们的组合。从接地线侵入是由于附近的雷击使 大地电位上升，使得大地电位比电源高，从而产生 从接地线向电源侧的反向电流。根据 定，该系统主要采取以下措施： （）在每路直流输人主回路内装设浪涌保护 装置，并分散安装在防雷配电接线箱内。屋顶光 伏并网发电系统在组件与逆变器之间加入防雷配 光伏（）发电系统过电压保护导则有关规 万 方数据 供配电? 低压电器（晒） 现代建筑电气篇 电接线箱，不仅对屋顶太阳能电池组件起到防雷保 护作用，还为系统的检测、维修、维护提供了方便， 缩小了电池组件故障检修范围。此箱若设在室外， 应选用防护等级为的防雷配电接线箱。 （）在并网接人控制柜中安装避雷元件，以 防护从低压配电线侵入的雷电波及浪涌电流。 采用型单晶硅太阳能电池板共块，每块 功率 ，太阳能电池板总功率达 ，电 池板分组，每组接一个型逆变器， 每个逆变器为一个单相发电输出。该电站建在华 中科技大学招待所号楼裙楼屋顶，占地面积约 ，太阳能电池板安装倾角为。，控制系统 工程应用 以华中科技大学招待所光伏并网电站为例， 采用控制器进行系统的检测和数据传输。 其太阳能光伏发电并网电站系统图如图所示。 整个工程于年月底建成，建设容量达 屋顶太阳能板 一 一“ 一叭 一订 一九 一酣 一 一订 一 图 屋顶太阳能板 并网逆变器 磊 蕊 圳： ￥、 一 百丽委茭流 并网逆变器 ：至揣： 忑一、 ￥ ：一 制柜进线主开关 酉丽委瑟孺 并网逆变器 廿 太阳能光伏发电并网电站系统图 到 。到目前为止，该电站运行平稳，各项工 在功率适配、设备选用和智能技术以及可靠性设 计中，都充分考虑了系统的效率。太阳能光伏发 电市电并网电站可用于建筑物应急照明系统。与 不采用光伏供电的建筑物传统应急照明系统进行 性能价格比比较（详见表和表），可看出光伏 供电的优越性。 表国内太阳能应用技术障碍 作参数正常。其投资部分组成如下： （）太阳能板。形 万元。 （）并网逆变器、电脑、控制柜、防雷装置等。 万元。 （）安装调试费。万元。 （）工程总价。万元。 （）单方造价。影。 光伏应用的实例表明，光伏系统的价格和技 术同等重要。目前，应用太阳能光伏发电市电并 网电站还存在许多不足之处，如表所示。如何 降低工程投资造价是一个新问题。随着技术的发 展，光伏应用已从注重开发转向系统的优化组合。 一一 万 方数据 低压电器（） 现代建筑电气篇 供配电? 用光伏发电作为市电的补充，可获 独立的电气系统，要求有较高的运 行可靠性 得双重供电的高可靠性。白天、黑 夜交替供电运行方式，可使供电及 不仅应在火灾、地震等突变情况下， 市电供电中断时能正常工作，在平 时偶发楼层市电中断时，也需提供 相应的服务 可以设计成随光伏发电功率的变化 应用系统减少连续工作的故障率 总功率为 ，与屋顶光伏发 电能力相匹配 本身设计成直流、低压供电时，直接 与光伏发电连接，减少了多次变流 中的能量损失，提高了光伏供电的 效率 智能化控制较容易实现与光伏系统 的对接 显示由各层子系统重复积木式并联 组成，不需要大功率的变流装置 整层建筑的应急照明系统中，标志 而调整用电容量 季苎妻芝毫皇噬曼、竺鎏蹙皇，篓竺 化、性能稳定 景翟攀鞘褊眦躺茜萎茹磊”一“ 一 组成智能化的供、用电系统 是发展的方向 在隔离市电时也提高了标志使用中 这种分散的蓄电池组合维护方便， 整个系统的蓄电能力为万 按国家标准 （消防 应急灯具，标志显示中疏散标志、 安全出口标志、消防标志等必须装 设有相当容量的蓄电池 效率高，使用寿命长。预设的蓄电 池降低了光伏发电系统的建设费用 伏电站系统描述及效益分析建筑与自然能源， 结 语 （）： 通过本文的分析可以看出，太阳能光伏供电 具有很大的优越性。随着科技的发展，相信太阳 能光伏发电并网电站的应用将更加广泛。 【参考文献】 许洪华深圳国际园林花卉博览园 。并网光 洪元颐，李宏毅建筑工程电气设计北京：中 国电力出版社，：， 王春明，王金全，刘文良，等天和家园 。屋顶 并网光伏发电系统设计建筑电气， （）：? 收稿日期： （上接第页） 李春霞浅谈无功补偿中的谐波治理