分布式发电系统工程设计关键问题分析

分布式发电系统工程设计关键问题分析摘要：随着分布式能源战略的逐步实施，有必要研究分布式发电项目的设计集成方法，达到降低建设成本，增加项目发电量，提高项目收益的目的。本文分析了分布式发电项目的主要构成，以及各部分设计需要考虑的主要因素。明确了分布式发电系统的设备选型和容量确定是基础，储能系统设计是重点。关键词：分布式光伏发电光伏建筑一体化储能设计中图分类号：TM6文献标识码：A文章编号：0引言分布式发电（distributedgeneration，DG）是指将发电设备直接安装在用电现场或靠近负荷中心的地方发电。DG既可以及时跟踪负荷的变化，直接向附近的负荷供电，又可以根据需要向电网输出电能。随着光伏、风电等可再生能源发电技术的发展，分布式发电日渐成为满足负荷增长需求、提高能源综合利用效率、提高供电可靠性的一种有效途径，并在配电网中得到广泛的应用。DG的建设对于调整能源结构、保证能源安全、提高供电可靠性、减少输电损失、节能减排、保护环境等具有重要意义。随着化石能源价格的飙升，以及对核电安全性担忧的增加，分布式能源的经济型和微网的可靠性日益受到重视，有着广阔的发展前景。太阳电池与建筑结合的并网光伏发电技术BIPV(BuildingIntegratedPhotovoltaics)是近十多年发展起来的在城市中推广应用太阳能发电的一个重要方向。建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地；光伏阵列可代替常规建筑材料，能省去光伏系统的支撑结构，节省材料费用；安装与建筑施工结合，节省安装成本。本文就光伏建筑一体化的分布式电站系统构成和工程设计的关键问题进行分析研究。1分布式发电系统介绍分布式发电系统一般由发电单元（光伏、风力发电、燃料电池、微型燃气轮机等），储能装置（蓄电池、超级电容、飞轮等），以及各种就地负荷（居民生活用电、工业用电、商业用电、农业用电等）三部分构成。为了实现多余电能上网，以及由电网弥补分布式发电系统的电量缺口，系统必须与电网进行连接。2分布式发电系统设备选型及布置系统容量由系统选用的设备决定。与传统发电项目不同，设备选型是分布式光伏发电系统设计的第一步工作。2.1设备选型本文重点讨论逆变器的选择。光伏建筑一体化中的太阳能电池种类和安装方式各异。由于电压等级的不统一和不同倾角的光伏组件并联产生的不匹配损耗，故不可能只用1台逆变器实现并网。可以采用单相逆变器分别并入三相电网A、B、B各相，也可以选择三相逆变器。具有多路输入，且能够分别进行最大功率跟踪MPPT(MaximumPowerPointTracking)的逆变器更适于多种类光伏组件、多角度安装的BIPV项目。因为采用这种并网逆变器可以使发电系统的设计更加简洁、高效、优化。另外，逆变器的转化效率，额定输出功率和最大输出功率也是重要的选择参数；最后，逆变器最好具有通信功能，可以进行数据采集和远程控制。2.2电池组串配置及布置一般情况下，先选定太阳能逆变器再设计太阳能电池组串配置，有了组串配置方案再设计组件支撑架构。串联成一个组串的太阳电池组件的数量取决于如下因素：逆变器最大功率跟踪（MPPT）的电压范围和逆变器最大允许电压。这2个数值受组件工作温度影响很大，因此组串电池数量的确定要参考工程现场和环境条件，比如现场的环境温度和风速情况，因为这两个参数对组件的温度有很大的影响。组串配置好之后，需要选择组件倾角和计算遮挡角。组件的支架设计主要分为固定式和自动跟踪式两种，自动跟踪式支架又分为单轴跟踪和双轴跟踪。跟踪系统比固定式支架投资大很多，可靠性不如固定式支架，后期运行维护费用高，但是可以提高项目发电量。而且由于跟踪式支架自重较大，分布式发电项目大多不具有安装跟踪式支架的的结构条件。因此本文按照固定式支架确定组件的倾角和遮挡角。对实测辐射数据和历史辐射数据进行相关性分析，并用长期历史数据的平均值修正实测数据。倾角决定了项目的发电量的多少。根据修正的实测数据，通过计算不同倾角下斜面年辐射量及相应的发电量，进而选择项目最佳固定布置倾角。遮挡角为前排太阳电池的顶部（方阵的最高点）到后排太阳电池的底部的角度。也被称之为“前后排的遮挡角”。遮挡角影响阵列的间距，从而影响项目占地面积。遮挡角决定了特定面积中安装组件的数量。倾角和遮挡角互相影响，具体项目设计过程中需要对倾角和遮挡角进行优化设计，以获得最大的项目发电量和最优的经济型。3储能系统设计储能系统的设计主要是确定储能的方式、及各种储能方式的容量，以满足一定的系统可靠性和整体运行经济性。需要考虑的因素有发电波动情况和负荷变化情况。储能系统设计需要太阳电池组件设计结合统筹进行，以选择成本效益最好的方案。3.1储能装置选择：综合比较储能装置的充放电时间响应特性、容量大小、循环使用寿命、维护费用等各个方面，可以将储能装置分为功率型和能量型两种。前者以超级电容器、飞轮储能为代表，具有响应快(快速充放电)、寿命长、容量小等特点，适合补偿短时功率波动；后者以蓄电池为代表，具有容量大、响应慢(相比功率型)等特点，适合补偿长时功率波动。3.2储能系统容量设计储能系统以平滑光伏电站的输出波动和提高供电可靠性为主要目的。如将光伏波动抑制在10以下，则功率最优配比应在15-20之间，储能容量2h以上。如果分布式发电系统对于储能的要求不仅是出于平滑光伏电站出力波动的目的，而是为了实现微网独立自治运行，储能的规模要比只完成平滑出力波动或者拟合负荷曲线时要大。太阳电池组件和储能系统设计的一个主要原则就是要满足平均天气条件下负载的每日用电需求：因为天气条件有低于和高于平均值的情况，所以要保证太阳电池组件和蓄电池在天气条件有别于平均值的情况下协调工作。蓄电池的主要作用是在太阳辐射低于平均值的情况下给负载供电，在随后太阳辐射高于平均值的天气情况下，太阳电池组件就会给蓄电池充电。因此，选择蓄电池组件大小很重要。蓄电池容量过大一方面会使得系统的成本过高，另外在独立运行的系统中会使蓄电池长时间工作在亏电的状态中，降低电池寿命。蓄电池容量过小，一方面不能保证系统运行的可靠性，另一方面在独立运行系统中会丢弃可贵的光伏发电资源。4结语本文总体分析了分布式光伏发电项目设计建设过程中需要考虑的主要因素。这些因素有助于降低项目投资成本，增加项目总体发电量，获得项目整体收益最大化，对分布光伏发电项目的成功建设有一定的指导意义。后续阶段，需要开展分布式发电项目监测系统的硬件平台的建设和软件编制工作，以实现采集数据分析，系统状态监测，发电量和负荷量预测等高级功能。促进分布式光伏发电项目的大规模建设运营。参考文献：1张洋，李强，李朝晖，杨海晶，马宏伟，李明慧.光伏-储能联合微网系统工程方