光伏发电系统

太阳能光伏发电系统摘要白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，输送到配电柜，由配电柜的切换作用进行供电。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。光伏电站系统还配有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全使用。关键词:太阳能光伏发电第0章电工学常识本文主要介绍光伏发电系统的组成结构，首先让我们来了解下电工学方面的常识和仪表的使用方法。0.1电学发展史电的发展史和磁的发展史是密切相关的，早在公元前600年，希腊七贤中有位名叫泰勒斯的哲学家看到当时的希腊人通过摩擦琥珀吸引羽毛，用磁铁矿石吸引铁片，曾对其原因进行过一番思考。据说他的解释“万物皆有灵。磁吸铁，故磁有灵。”这里说的磁就是磁铁矿石。在东方，中国早在公元前2500年前后就已经据有了天然磁石的知识。据《吕氏春秋》一书中记载，中国在1000年前就有了指南针，他们在古代就用指南针辨别方向了。0.1.1照明的发展史18世纪60年代，由英国兴起的产业革命使工厂进入了连续加工、批量生产的时代，夜间照明成为重要问题。（1）白炽灯1860年，英国人斯旺把棉线炭化后做成灯丝装入玻璃泡里，发明了炭丝灯泡。但由于当时真空技术不高，灯丝在灯泡里很容易氧化耳烧掉。1878年，随真空技术的发展，斯旺提高了灯泡内部的真空度，使灯泡的使用时间得到一定的延长。1879年，美国的爱迪生把灯泡的使用寿命延长到40个小时以上。1910年，美国的库利奇用钨丝做灯丝，发明了钨丝灯泡。1913年，美国的兰米尔在玻璃壳里充人气体以防灯丝蒸发，发明了充气钨丝灯泡。1925年，日本的不破橘三发明了内壁磨沙灯泡。1931年，日本的三浦顺一发明了双螺旋钨丝灯泡。正是由于上述的探索，今天我们才能享受照明的日常生活。（2）放电灯1902年，美国的休伊兹特在玻璃壳内装入贡蒸汽，发明了弧光放电贡灯。现在广泛应用于广场照明的高压贡灯所发出的光是一种混合光，混合光包括贡电弧放电的光和紫外线照到涂敷在玻璃壳内壁的荧光材料发出的光。1932年，荷兰菲利普公司开发出波长位590nm单色钠灯，这种灯广泛应用于公路隧道照明。1938年，美国英曼发明了现在广泛应用的荧光灯。这种灯通过用水银电弧放电发出的紫外线照射涂敷在灯管内部的不同荧光粉，而发出不同颜色的光。通常白色荧光灯用的最多。0.1.2电力设备的发展史可以说，1820年奥斯特所发现的电磁作用就是电动机的起源。而1831年法拉第所发现的电磁感应就是发电机和变压器的起源。（1）发电机1832年，法国人毕克西发明了手摇式直流发电机。1866年，德国的西门子发明了自励式直流发电机。这种发电机用水力转动发电机转子，经过反复改进，于1874年得到了3.2KW的输出功率。1882年，美国的戈登制造出了输出功率447KW、高3米、重22顿的两相式巨型发电机。1896年，特斯拉的两相交流发电机在尼亚加拉发电厂开始运营，3750KW、5000V的交流电送到40公里以外的布法罗市。1889年，美国西屋公司在俄勒冈州建设发电厂，1892年成功地将15000伏的电压送到了皮茨菲尔德。（2）电动机1834年，俄罗斯的雅克比试制出了由电磁铁构成的直流电动机。1887年，特斯拉两相电动机作为实用化感应电动机的发展计划开始启动。1897年，西屋公司制成了感应电动机。（3）变压器发电端在向外输送交流电时，要先将交流电压升高，到了用户端再把电压降下来，所以变压器是必不可少的。1831年，法拉第发现磁可以感应生成电，这是变压器诞生的基础。1882年，英国的吉布斯获得了“照明与动力配电方式”专利，其内容就是将变压器用于配电，当时用的变压器是磁路开放式变压器。1884年，英国的霍普金森制成了闭合回路变压器。1885年，美国西屋公司开发了实用变压器。（4）电力设备和三相交流技术两相交流电是用四根电线输电的技术。德国的多勃罗沃尔斯基在绕组上每隔120度的三个地方引出抽头，得到三相交流电。1889年利用这种三相交流电的旋转磁场，制造出功率位100W的最早的三相交流电动机。同年，多勃罗沃尔斯基又开发出了三相四线制的交流接线方式，并在1891年的法兰克福的输电试验中获得圆满成功。。0.30.3常用电工仪表0.3.1电工仪表的分类电式人们感觉器官不能直接感觉和反映的。在电能的生产、传输、分配和使用过程中，只有通过各种仪表的测量才能对电能的质量、负荷的情况等加以监视，才能保证生产的安全和经济运行。这些仪表种类繁多，分类的方法也很多，常用电工仪表的分类见表0－3。表0－3电工仪表的分类序号分类方法分类1按工作原理1、磁电系2、电磁系3、电动系4、感应系5整流系6、铁磁电动系2按测量项目1、电流表2、电压表3、功率表4、功率因数表5电能表6欧姆表7频率表3按测量精度分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七级4按使用方法分为安装式、便携式按使用范围分为交流、直流、交直流0.3.2常用仪表的使用和接线用于电工测量的仪表大部分仍是“电磁机械式仪表”，一般又称为只是仪表。当被测量量接入这种仪表后，仪表的指针在电磁力的作用下发生偏转，并用偏转角的大小反映被测量量的数值。现代由于电子计算机和数字电子技术的发展，出现了数字式仪表，他们能自动地将被测量的数值直接以数字的形式显示出来。数字式仪表由于一系列优点，发展很快。为了适合现场的需要，本节将介绍最常用的指示仪表的使用方法和接线。电流表电流表用于测量电路中的电流。用电流表测量电流时，应将电流表串入被测电路中，其接线方式如图0－5所示，分为直接接入和经电流互感器接入。电流表配互感器时应注意变比的统一。AiAi负载负载（a）（b）图0－5电流表接线（a）直接接入（b）经电流互感器接入电压表电压表用来测量电流两端的电压。用电压表测量电压时，应将电压表并在负载两端，其接线方式如图0－6所示，分为直接接入和经电压互感器接入。电压表配互感器时应注意变比的统一。~13~XXXXXX研究所培训教材V负载V负载（a）（b）图0－6电压表接线（a）直接接入（b）经电压互感器接入注：一般500V及以下电路中测量电压采用电压表直接接入电路，而测量500V及以上电压时，应使用电压互感器。电能表电能表分为单相电能表和三相电能表。单相电能表用来计算单相有功电能。其基本接线方式如图0－7所示。负载图0－7电能表接线0.4安全用电知识0.4.1触电形式与触电伤害触电形式当人体接触带电设备或接触带有不同电位的两点时，就会有电流流过人体，危及生命安全，称为触电。经常发生的触电形式如表0－4所示。~14~XXXXXX研究所培训教材表0－4经常发生的触电形式触电形式说明中性点直接接地系统（1）单相接地多发生在人的一只手接触一相带电导线；（2）作用人体电压是单相电压；（3）流过人体的电流RUI/φ=,φU是相电压；R为人体电阻；接地装置的接地电阻比人体的电阻小的多。单相触电中性点不接地系统（1）作用人体的电压为线电压；（2）流过人体的电流为)3/3/(ZRUIi+=;其中为线路对地的绝缘阻抗，流过人体的电流不仅与人体的电阻有关，而且与其他两相对地的绝缘阻抗有关，如果线路较长和对地绝缘不良时，触电的危险性仍然很大。两相触电（1）两相触电多发生在人的两只同时接触两相带电导线；（2）作用人体的电压为线电压；（3）流过人体的电流取决于人体的电阻，触电危险性最大。跨步电压触电（1）跨步电压触电发生在人的两只脚同时接触地面有不同电位两点时；（2）当接地点通过电流时，在地面上呈现电位，距接地点越近电位越高，距接地点越远，电位越低，距接地点20m以外处，地面电位近似为零；（3）当发觉有跨步电压时，应立即双脚靠拢或用一条腿跳离故障点。接触电压触电（1）接触电压触电是指人体接触带电外壳引起的触电；（2）接触电压等于电气设备的对地电压1U(即相电压)减去人体站立点的地面电压2U,人体站立点距接地点越近，地面电压越高，接触电压越小，反之，接触电压越大，当站立点距接地点20m以外时，地面电压趋于零，接触电压等于相电压。触电伤害的种类人体触电伤害的种类如表0－5所示。表0－5触电的伤害类型说明电击（1）电击是指人体直接接触带电设备，电流流过人体所造成的伤害，是内伤，多发生在低压设备上；（2）当流过人体的电流达到一定数值后，肌肉就会收缩，如不能迅速脱离电源，会引起呼吸困难，心脏麻痹，以致死亡电伤（1）电伤是指触电后皮肤的局部创伤，如电弧、烧伤等；（2）电伤一般发生在高压设备上~16~XXXXXX研究所培训教材0.4.2触电急救迅速正确地对触电者进行现场就地急救，是抢救触电者的关键。凡是从事电工工作的人员都应熟悉并能熟练应用触电急救法。脱离电源当发现有人触电时，不要慌张，要尽快切断电源。未切断电源前，救护人员不准用手触及伤员，以防触电。脱离电源的方法和措施要根据现场的具体条件果断选择。脱离电源的方法如表0－6所示。~17~XXXXXX研究所培训教材表0－6触电脱离电源的措施触电现场情况说明触电者触及低压带电设备（1）救护人员应设法迅速脱离电源，如拉开电源开关或刀开关或拔除电源插头等，或使用干燥的绝缘工具、干燥的木棒、木板等不导电的材料解脱触电者；（2）可抓住触电者干燥而不贴身的衣服，将其与电源脱开；（3）带绝缘手套或将手用干燥的衣物等包起绝缘后再解脱触电者；（4）救护人要站在绝缘垫上或木板上，把自己绝缘后再进行救护工作；（5）为使触电者与导电体解脱，最好用一只手进行救护工作；（6）若电流通过触电者入地，并且触电者紧握电线，可设法用干木板塞到身下，与地绝缘，也可用木把斧或有绝缘柄的钳子等将电线剪断，剪断电线要分相，一根一根地剪断触电者触及高压带电设备（1）救护人员应迅速切断电源，或使用适合电压等级的绝缘工具（如带绝缘手套、穿绝缘靴、用绝缘棒）解脱触电者；（2）救护人员应注意自身与周围带电部分留有足够的安全距离~18~XXXXXX研究所培训教材触电发生在架空杆塔上（1）如果是低压带电线路，若可能立即切断线路电源的，应立即切断线路电源，或由救护人员迅速登杆，用绝缘钳、干燥不导电的物体将触电者拉离电源；（2）如果是高压带电线路又不能迅速切断电源开关，可采用抛挂临时金属短路线的方法，使电源跳闸；（3）救护人员在使触电者脱离电源时，要注意防止高空坠落或再次触及其他线路触电者触及断落在地上的高压带电导线（1）如尚未明确线路是否有电，救护人员在未做好安全措施（如穿绝缘靴或双脚并拢跳跃地接近触电者），不能接近断线点周围8～10m以内，以防跨步电压伤人；（2）触电者脱离电源后应迅速带至8～10m以外，并开始急救对症救治触电者脱离电源以后，首先用看、听、试的方法，迅速检查呼吸、心跳是否停止，瞳孔是否放大。看――就是看伤员的腹部、胸部是的有起伏动作；听――就是用耳贴近伤员的口鼻处，听有无呼吸的声音；试――就是测试口鼻处有无气流。再用两手指轻试一侧喉结旁凹陷处的颈动脉有无搏动。根据看、听、试的结果，决定采取何种急救方法，具体方法见表0－7所示。表0－7触电人脱离电源后的抢救触电人的症状急救方法触电者神智清醒，感觉心慌，四肢发麻，全身无力应使其就地躺平，严密观察，暂时不要让其站立后走动~19~XXXXXX研究所培训教材触电者神智不清醒应使其就地躺平，且确保气道通畅，并用5秒时间呼叫伤员或轻拍其肩膀，以判定是否意志丧失，禁止摇动伤员头部呼叫伤员。有呼吸但心脏停在跳动采用胸外心脏挤压法心脏有跳动，但呼吸停止采用口对口的人工呼吸的方法心脏和呼吸都停止应同时采用口对口人工呼吸和胸外心脏挤压法0.4.3电工作业的安全技术进行电气工作，应当严格遵守安全工作制度，这样才能切实保证工作人员的安全，防止各种可能发生的事故。现在根据我们太阳能和风力发电的特点，就低压电力线路或电气设备上工作的安全措施介绍如下：低压工作的组织措施1、工作票制度执行工作票制度的工作是指运行设备停电检修工作，其工作内容为：?低压线路全部或部分检修、试验；?配电变压器低压侧配电盘的大修或更换；?配电变压器至配电室的架空导线、电缆的大修或更换；?配电室配电盘上的空气开关、电磁开关、三极刀开关、漏电保护器和计量装置的大修或更换；2、安全措施票制度执行安全措施票制度工作是指设备停电后进行的一般工作，其内容为：?线路清扫，电杆、构架刷漆以及一般维护工作；?在干线或分支线上连接、撤除接户线或临时用电引下线工作；~20~XXXXXX研究所培训教材?动力用户配电盘、电动机的安装和撤除工作；?在线路拉线上进行一般的维护工作3、工作许可制度?工作许可人接到已签发的工作票或措施票后，应到现场核对无误后，按其所列项目正确完成工作；?工作开始前，工作许可人手持工作票或措施票到现场逐项交代已完成的安全措施，并亲眼看到，对已停电的设备，应以手指背触试，证明却已无电4、工作监护制度和现场看守制度?工作监护人由工作负责人担任；?工作监护人必须始终在工作现场，对工作人员的工作认真监护，及时纠正违反安全的行为；?为确保施工安全，工作负责人可委派一人或数人在指定地点负责看守任务5、工作间断制度?工作中遇有雷、雨、大风或其他威胁工作人员安全时，工作负责人可临时停止工作；?工作间断时，工作地点的安全措施应不变；?恢复工作前，应检查各项安全措施是否正确完备6、工作终结验收和恢复送电制度?全部工作完毕后，工作人员应清扫、整理现场，验收合格后，工作负责人方可命令所有负责人员撤离工作地点，向工作许可人报告全部检修工作结束；?工作许可人当接到工作结束的报告后，应会同工作负责人到现场检查验收工作完成情况，待工作许可人拆除所有接地线，方可给检修设备合闸送电低压工作的技术措施1、停电~21~XXXXXX研究所培训教材?施工、检修与试验，必须把需要停电的各方面电源完全断开；?禁止在只断开电源的设备上工作，必须在拉开刀开关或取下熔断器，使各方面至少有一处明显断开点后，方可工作；?两台配电变压器共有一个接地引下线时，其中一台配电变压器低压出线端停电检修，另一台也必须停电2、验电?验电前应先在带电设备上进行检验，以验证验电笔是否好，然后再验电设备的A、B、C三相和中性线导体上，逐相验明却无电压；?不得以设备分合位置表示牌的指示、母线电压表指示零位、电源指示灯熄灭、电动机不转以及变压器有无声响等，作为判断设备已停电的依据；?检修开关、刀开关或熔断器时，应在断口两侧验电。杆上电力线验电时，先验下层，后验上层；先验据人体较近的导线，后验据人体较远的导线~22~XXXXXX研究所培训教材3、挂接地线?经验明停电设备两端确实无电后，应立即在检修设备的工作点两端导体上挂接地线；?凡有可能送电刀检修设备上或使停电检修设备可能产生感应电压的各个方面的线路（包括零线）都有挂接地线；?严禁随意移动已挂好的接地线4、悬挂标识牌?在以下刀开关、开关的操作把手上挂“禁止合闸，有人工作”标识牌；A、一经合闸即可送电到工作地点的开关、刀开关；B、已停用的设备，一经合闸既有造成人身触电危险、设备损坏或引起漏电保护器动作的开关、刀开关?在以下地点挂“止步，有电危险”的标识牌；A、运行设备周围的固定遮拦上；B、施工地点附近的固定遮拦上；C、低压设备做耐压试验死亡周围遮拦上；?在以下临近带电线路设备的场所，应悬挂“禁止攀登，有电危险”的标识牌；A、和其他人员可能误登的电杆或配电变压器的台架上；B、距离线路或变压器较近，有可能误攀登的建筑物附录常用低压电气设备的功率及额定电流名称功率（W）额定电流（A）荧光灯(6+4)~(40+8)0.13～0.42电子管收音机300.15~0.19立体声收录机2×5～2×180.05~0.2312英寸黑白电视机350.18~0.23~23~XXXXXX研究所培训教材20英寸彩色电视机70～800.35~0.52洗衣机90~1800.82~1.36电热毯20~1000.09~1.45电热杯3001.36电风扇660.33电饭锅300~14001.36~6.36~24~XXXXXX研究所培训教材第一章光伏及风/光互补发电概述1.1光伏发电简介1.1.1光伏技术概述太阳能分布广泛，可自由利用，取之不尽，用之不竭，是人类最终可以依赖的能源。“太阳能光伏发电”—简称“光伏发电”，是直接将太阳能转换为电能的一种发电形式。它具有无污染、无噪声、安全可靠、故障率低，维护简便、容量可大可小、建设周期短等优点。它是目前边远地区能源供应的一种有效的补充。随着化石燃料的逐渐消耗，太阳能光伏发电技术将越来越显示出其重要性和发展潜力。光伏技术早期最常见的应用是向手表、计算器提供电能。在大规模应用方面具有代表性的是，近年来安装的向地区供电的大型光伏电站、村落集中光伏供电系统和用于“应急”设备的后备电源等等。1.1.2光伏发电发展和前景1.发展我国光伏发电技术及市场的发展经历了三个阶段：第一阶段：起步阶段。从70年代中期到80年代中期，国家投入了大量自己用于支持太阳能的研究和系统开发，这一时期由于技术不成熟，太阳电池的产量低，价格昂贵，市场发展缓慢，应用范围也很有限。主要应用于光伏航标灯、太阳灯塔、气象及通讯用光伏电源。第二阶段：市场形成阶段。从80年代后期，我国先后引进了7条太阳电池生产线，初步具备了规模化生产能力。太阳电池的价格也随之下降，太阳电池的降价促使光电市场的形成，光伏发电开始广泛的应用于通讯、交通、边远地区用电、工农业应用、民用产品等各个领域。第三阶段：快速发展时期。经过十多年的科研和示范，光伏发电技术逐步成熟起来。光伏发电对于解决边远地区及分散居住人口的生活用电的重要作用也被越来越多的人认识。90年代以来，光伏发电技术已开始列如国家的电力建设计划，并在一些重大的工程项目中得到采用，如这次的“送电到乡”项目。~25~XXXXXX研究所培训教材目前我国大约有40多个研究机构和大学参与光伏技术研究与开发活动。光伏系统的研究与开发取得了很大进展，主要包括100—500W控制/逆变成套设，1—5kW光伏水泵系统，光伏照明系统，光伏电视系统，光伏通讯系统，气象站光伏电源，集中式光伏电站以及5kW光伏并网示范系统等；在部件方面，主要有高效率10kW、15kW逆变器及30kW正弦波逆变器等；同时还成功地研制出新型太阳电池及组件特性测试系统等等。近年来，太阳能光伏发电技术在我国得到了推广应用，先后建成20kW以上光伏电站7座，其中1998年在西藏安多县海拔4500米处，建成功率100kW的光伏电站，（见图1-1）。今年仅在那曲建成20kW以上的光伏电站就多达34个，其中双湖特别行政区北措折乡光伏电站是目前世界上海拔最高的光伏电站，海拔5400米。图1-1西藏安多县功率100kW光伏电站~26~XXXXXX研究所培训教材1.1.3光伏发电系统构成光伏发电系统主要包括以下部件：太阳电池方阵：简称“方阵”，在金属支架上用导线连在一起的多个太阳电池组件的组合体。太阳电池方阵产生所需要的电压和电流；蓄电池组：提供存储直流电能的装置；控制器：系统控制装置。通过对系统输入输出功率的调节与分配，实现对蓄电池电压的调整，以及系统赋予的其它控制功能；逆变器：为运行以交流为动力的负载，将直流电转变为交流电的电气设备；交流负载：以交流电为动力的装置或设备。光伏发电系统构成如图1-2所示。图1-2光伏发电系统框图其形式分为：（1）储能式直流光伏系统储能式直流系统的负载白天或夜间均可运行，也可以连续或间歇运行，夜间或阴天时负载将从蓄电池汲取电能。储能式直流系统的基本部件包括太阳电池板，充电控制器，储能蓄电池以及作为系统负载的用电设备（见图1-3）。蓄电池组的规模和配置应取决于系统电压和夜间使用的电流。另外，当地的气候条件和特点，例如阴天情况和环境温度在蓄电池设计中必须给予考虑。太阳电池组件的数量必须慎重选择，以便在白天能充分的向蓄电池充电。~27~XXXXXX研究所培训教材图1-3储能式直流光伏系统（2）交/直流两用光伏系统太阳电池板产生的是直流电（DC），绝大多数用电设备需要交流电（AC）。逆变器可将直流电转换为交流电，因此向交流负载供给电能的直流系统必须使用逆变器。在光伏系统里逆变器增加了系统的适应性，为用户提供了方便，但是也增加了系统的复杂性、成本和电能损失。目前大多数电气产品都是交流设备，交流电器设备有更多的选择余地，与直流设备相比交流设备一般具有较低的成本和较高的可靠性。高质量的逆变器已商品化，并有不同的容量范围供用户选择。交/直流两用光伏系统原理如图1-4所示。图1-4交直流两用光伏~28~XXXXXX研究所培训教材1.1.3光伏发电的优点和缺点优点1．可靠：在恶劣的环境和气候条件下，光伏发电系统很少产生故障。2．耐用：目前，绝大多数光伏组件的生产技术都足以保证10年以上其性能不下降，从而有充分理由相信光伏组件可以发电25年或更长的时间。3．维护费用低：光伏系统只需要周期性的检查和很少的维护工作量，因此维护费用比常规发电设备要少得多。4．无需燃料费用：由于光伏系统不需要燃料，从而免去了购买、储存和运输燃料的费用。5．减少噪声污染：光伏系统运动部件很少，基本没有噪声。6．光伏组件积木化：便于用户根据自己的需要选择和调整发电系统的容量大小，安装时灵活方便。7．安全：光伏系统不需要易燃的燃料，只要设计和安装适当，系统具有很高的安全性。8．供电自主性：离网运行的光伏发电系统，具有供电的自主性、灵活性。9．非集中电网：小型分散的光伏发电站，可减少公用电网故障给用户带来的不良影响及危害。10．高海拔性能：在高海拔处由于日照增强，光伏系统的功率输出也随之增加，因此使用光伏发电非常有利。缺点1．初投资大：光伏系统初投资高。2．日照不稳定：天气对任何太阳能系统的功率输出都有很大影响，气候或场地条件变化时，系统设计应随之改变。3．需储能装置：为了夜间或以后某个时间用电，光伏系统需使用蓄电池储能。蓄电池组增加了系统规模、成本及维护工作量。4．需技术培训：光伏系统使用了很多人们不熟悉的新技术，在偏远地区了解这些技术的人又不多。因此，用户在使用光伏系统前，都需要经过技术培训。~29~XXXXXX研究所培训教材1.2光伏/风力互补发电系统简介1.2.1风能利用与风力发电众所周知，风是空气流动的结果。以风力为动力作功，为人类服务，是一种古老的能源利用形式。风力发电装置有两种运行方式，一是并网运行，二是离网（独立）运行。在离网运行时，由于风能是一种不稳定的能源，如果没有储能装置或其它发电装置的配合，风力发电装置难以提供出可靠而稳定的电能。解决上述稳定供电的方法有两个，一是利用蓄电池储能来稳定风力发电机的电能输出；另一个是风力发电机与光伏发电或柴油发电机等发电方式互补运行。由于离网运行的机组不需要电网的支持，特别适合在交通不发达的边远地区使用，因此，在发展中国家得到了推广应用。1.2.2光伏/风力互补发电系统构成根据气象资源和气候条件的不同，光伏/风力互补发电系统构成不尽相同，主要有以下几种形式：1．光伏/风力互补发电系统：适合于太阳能资源非常丰富，风能资源稍差的地区。2．风力/光伏互补发电系统：适合于风能能资源非常丰富，太阳能资源稍差的地区。1.2.3光伏/风力互补发电系统优点和缺点优点（1）利用太阳能、风能的互补特性,可以产生比较稳定的总输出,增加了系统供电的稳定性和可靠性。（2）在保证同样供电的情况下,可大大减少储能蓄电池的容量,并且基本上不消耗柴油。（3）合理的设计和匹配,可以获得较好的经济效益。~30~XXXXXX研究所培训教材缺点（1）光伏/风力互补系统与离网型风力发电或独立光伏供电系统相比较，系统设计复杂，对系统控制要求高。（2）光伏/风互补系统欲取得较好的经济和社会效益，要求有对系统有更高的管理水平。目前以开发光/风互补村落供电系统为重点的通电到乡工程已经完成安装，在那曲“送电到乡”项目中共安装风/光互补电站十座，分别在那曲和安多县。而村村通电工程即将开始，这标志着我国离网型村落供电建设即将进入一个新的发展阶段。图1-5光伏/风力互补发电系统~31~XXXXXX研究所培训教材第二章光伏发电原理2.1太阳电池简介太阳电池是一种具有光-电转换特性的半导体器件，它直接将太阳辐射能转换成直流电，是光伏发电的最基本单元。太阳电池的输出电流受自身面积和日照强度的影响，面积较大的电池能够产生较强的电流。2.2光伏电路2.2.1简单光伏电路组成电路的最基本要素是电源、开关、导体和负载，例如：蓄电池、、开关、电灯三者用金属导线连到一起，便构成一个最基本的电路，如图2-1（a）所示。该电路有一个单一的12V电源和单一的12V24W白炽灯泡作为负载，利用一个开关接通或断开灯泡与电源的连接。（b）简单光伏电路图2-1（a）基本电路太阳电池非常象小的蓄电池，可以用金属导线将多个单个电池串联、并联或串/并联，以得到负载所需要的电压和电流值。依照上述电路构成原理，将图2-1（a）中的蓄电池替换成太阳电池（PV）后，就成为一个最简单的光伏电~32~XXXXXX研究所培训教材路，如图2-1（b）所示。当阳光照射时，太阳电池发出的电流流过白炽灯的灯丝，灯泡将发光。2.2.2太阳电池的串联/并联1．电池片、组件、电池板和方阵太阳电池的最基本单元是“单体电池”，亦称“电池片”。为了便于工程上使用，太阳电池出厂前还需要通过一整套的封装工艺，将电池片组装成“太阳电池组件”，“组件”是由多个电池片串联而成。根据光伏工程安装的需要，在现场还可将多个组件通过串联、并联组装成“太阳电池板”，“电池板”的输出电压和电流依据光伏系统实际需来确定。在大型光伏发电站还要将太阳电池板组装成“太阳电池方阵”，“方阵”的输出电压和电流同样依据光伏系统的实际需来确定。太阳电池片、组件、电池板和方阵的示意图见图2-2。图2-2~33~XXXXXX研究所培训教材2.组件串联和并联太阳电池件组件同普通电源一样，也采用电压值和电流值标定。在充足的阳光下40—50W组件的标称电压是12V，电流大约3A。同蓄电池的串、并联效果一样，根据需要组件可以组合到一起，得到不同电压和电流的太阳电池板。组件串联时电流值不变，电压将增加，相同的两个12V、3A组件串联接线后得到24V、3A系统，如图2-3所示。组件并联时电压值不变，电流将增加，相同的两个12V、3A组件并联接线后得到12V、6A系统，如图2-4所示。图2-3串联太阳电池组件图2-4并联太阳电池组件~34~XXXXXX研究所培训教材每路2根长线6根短线+-++-+-+-+-+-+-+--J1-1J1-2J1-3J1-4J1-6J1-5J1-7J1-85千瓦电池板接线图第一路1#光伏接线箱端子西门子10千瓦接线图-1第二路+-++-+-+-+-+-+-+--第三路+-++-+-+-+-+-+-+--第四路+-++-+-+-+-+-+-+--~35~XXXXXX研究所培训教材第三章风力机简介风力机主要类型与结构从能量转换角度看，风力发电机组包含两大部分：其一是风力机，它的功能是将风能转换为机械能：其二是发电机，它的功能是将机械能转换为电能。风力机种类和式样很多，难以一一尽述。但由于风力机将风能转变为机械能的主要部件是受风力作用而旋转的风轮，因此，风力机依风轮的结构及其在气流中的位置大体上可分为两大类：一类为水平轴风力机，另一类为垂直轴风力机。水平轴风力机水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转，工作时风轮的旋转平面与风向垂直，如图3-1所示。风轮叶片数目的多少，视风力机的用途而定。用于风力发电的风力机一般叶片数取1～4片（多数为2片或3片），而用于风力提水的风力机一般取叶片数为12～24片。叶片数多的风力机通常称为低速风力机。叶片数少的风力机通常称为高速风力机，它在高速运行时有较高的风能利用系数，但起动风速较高。由于其叶片数很少，在输出同样功率的条件下比低速风轮要轻得多，因此适用于发电。图3-1水平轴风力机a）高速风力机b）低速风力机~36~XXXXXX研究所培训教材第四章控制器4．1概述控制器主要用于防止蓄电池被方阵过充电和被负载过放电。当光伏功率系统包括一个控制器时，它主要服务于两个目的：?防止蓄电池过充；?防止蓄电池过度放电；当保护蓄电池过充电时，充电控制器必须首先检测蓄电池是否充满，然后决定停止或减少蓄电池的充电电流，此充电电流来自太阳电池方阵。以那曲“送电到乡”项目中科诺伟业科技有限公司的KN系列光伏及风/光互补控制器为例，对充、放电控制器的原理、组成、使用、特点及维护作一介绍。KN系列光伏控制器中每个光电控制单元用来控制太阳电池阵列给蓄电池充电并防止蓄电池过充。太阳电池阵列分6个支路并联向蓄电池充电，6个支路的控制完全相同。采用压敏电阻来防止感应雷对本柜的侵入。控制单元内每个太阳电池支路的接线端子及元件均相同，分别用K1、K2…K6代表6个太阳电池支路。图4.1控制柜、配电柜及逆变器~37~XXXXXX研究所培训教材4．2、控制柜面板图1#V1A1SW1SW2光伏1#3#2#V1A1A3V3V2A2SW5SW6SW3SW4SW2SW1光伏光伏光伏2#1#V1V2A2A1SW1SW2SW4SW3风能风能2#V2A2SW3SW4光伏1#A1V1SW1SW2光伏2#1#V1V2A2A1SW1SW2SW4SW3风能风能光伏光伏抽屉柜接线端子风能抽屉柜接线端子4#A4V4SW8SW74．3、控制柜的功能a、光电单元抽屉中安装有6个功能相同光电单元，可对应外接6个太阳电池发电支路。其中4个发电支路由1组发电单元组成，另外2个发电支路由2组发电单元并联而成。每组发电单元由9个140Wp、34V的太阳电池组件串联组成。每个发电支路中包含固态继电器、防反二极管、断路器和压敏电阻。（见单元图）~38~XXXXXX研究所培训教材SSR1+-b、光电控制线路板本柜内装有1块电路板包括两部分功能一是蓄电池充、放电控制；二是直流电压转换220V/15V。控制板上包含有六个控制电路。它们各自控制一个太阳电池发电支路。当蓄电池电压达到设定电压值时，线路板上的三极管不导通，红色发光二极管（位于固态继电器上）由亮变灭；直流固态继电器关断，断开这条太阳电池发电支路，不再向蓄电池充电。蓄电池电压在工作范围内时，发光二极管为亮。蓄电池电压值与发光二极管状态见下表：光电池支路发光二极管123456灭260260265265270270亮255255260260265265c、风电单元抽屉中安装有3个功能相同风电单元，可对应外接3台风力发电机。每个发电支路中包含三相固态继电器、三相整流桥和压敏电阻。（见单元图）~39~XXXXXX研究所培训教材GSSR耗能风电单元图d、风电控制线路板本柜内装有1块电路板包括两部分功能一是蓄电池充、放电控制；二是直流电压转换220V/15V。控制板上包含有3个控制电路。它们各自控制一台风力发电机。当蓄电池电压达到设定电压值时，线路板上的三极管导通，红色发光二极管（位于固态继电器上）由灭变亮；交流固态继电器导通，风力发电机接到耗能负载箱，不再向蓄电池充电。蓄电池电压在工作范围内时，发光二极管为灭。蓄电池电压值与发光二极管状态见下表：风电池支路发光二极管123亮260265270灭255260265·控制单元安装有直流电流表15A一只，直流电压表450V一只。15A表指示的是太阳光伏电池（风力发电机）发电产生的电流，通过步进开关的转换来指示各发电支路的电流。450V表指示光伏发电的电压值，通过步进开关的转换来指示各发电支路的电压。~40~XXXXXX研究所培训教材4．4、控制柜的使用和操作·本柜应安放在干燥，易通风的房间内·柜体应保护接地·通过观察控制柜面板上的仪表，可读出太阳电池发电支路的电压和电流值·通过面板上仪表的显示，可以知道每个光伏发电支路是否运行。4．5、控制柜的维护和检修·控制柜经运输放置到安装地点后，使用前应仔细检查，发现有损坏的元器件应重新更换，有松动的部件重新固定牢固，确认没有问题后，方可使用。·防止控制柜通气孔堵塞。·在有日照天气下，若显示太阳电池支路的直流电流表指示为零时，此时应看控制柜面板上太阳电池支路的直流电压表是否显示，若不显示，应检查太阳电池支路中断路器是否断开，防反二极管是否损坏，支路中各导线连接是否牢固接触良好等；若电压表有显示，应检查蓄电池电压是否达到设定的断开值，若未到达，应检查表头接线是否松动，固态继电器是否损坏。·若蓄电池电压值达到过充值后仍上升，应检查柜内各固态继电器上发光二极管是否显示，固态继电器输入端是否有输入电压，与固态继电器输入端串接的三极管是否损坏，与三极管有关连的集成电路输出是否>10V，DC/DC输出是否15V等，若发现元器件损坏，应更换。当控制线路板不能正常工作时，应用备用板更换，保证控制柜正常运行。注意事项·只允许本电站的工作人员操作使用本控制柜。·控制柜与其它外部装置连接正确后，禁止随便改动连接线。·控制线路板上的电位器不得随便调节。·元器件损坏后，更换新的元器件时，应选用原型号元器件或与原使用的器件规格相同的器件。~41~XXXXXX研究所培训教材第五章逆变器5．1.概述：逆变器是把直流电能转变成交流电能供给负载的一种电能转换装置。在光伏发电系统中，太阳能在阳光照射下产生直流电，然而以直流电形式供电的系统有着很大的局限性。例如，电视机、电冰箱、日光灯等大多数家用电器均不能直接用直流电源供电。因此，除小容量户用系统外，在大多数光伏发电系统中都需要配备逆变器。逆变器一般还具备有自动稳频稳压功能，可保障光伏发电系统的供电质量。因此，逆变器已成为光伏发电系统中不可缺少的设备。以那曲“送电到乡”项目中的逆变器为例：本系列逆变器是专门针对缺电地区设计的一种太阳能发电专用逆变器，由太阳能发电给蓄电池充电，本机将蓄电池贮存的直流电转化为220V交流电，供用电设备使用。本系列逆变器采用最先进的SPWM和IGBT技术，控制精确，输入输出隔离，安全高效，具有性能指标好，可靠性高，外形美观，安装容易，操作简单，维护便利，噪音低，无污染等特点。该系列逆变器广泛应用于无电的山区村庄、草原村落、边疆海岛以及油田、部队、学校等领域或单位。该系列逆变器具有实时数据采集功能和通讯功能，为广大系统用户实施远程管理和监控提供了强大的技术支持。5．2工作原理输出直流输入输出直流输入逆变器输出滤波防雷保护逆变器输出滤波防雷保护图5．1系统原理方框图~42~XXXXXX研究所培训教材5．3逆变器结构及其功能说明987231564图5.2前面板控制和指示部分示意图1011图5.3CFX10K后面板结构图~43~XXXXXX研究所培训教材1213交流输出直流输入15防雷器件＋NGL交流输出电池输入－静音开关17报警器16静音开关14接线端子图5.4打开保护盖板后看到的接线部分结构图1.输入指示灯：纯逆变器此灯不亮。2.旁路指示灯：纯逆变器此灯不亮。3.输出指示灯：此绿色LED亮，代表逆变器输出正常。4.电池低电压指示灯：此绿灯亮，代表电池能量即将耗尽。5.过载指示灯：此红灯亮，表示负载超载。6.故障指示灯：此红灯亮，表示逆变器故障。7.LCD液晶显示器：数位讯号显示，由画面循环切换按键控制LCD画面切换。显示内容见表1。~44~XXXXXX研究所培训教材表1序号LCD中文显示说明1输出正常/输出关断逆变器的工作状态2输出电压220Vac交流输出电压值3输出频率50Hz输出频率值4输出功率100%输出功率百分比5电池电压220Vdc电池电压值8.LCD显示画面循环切换按键：每按一次，LCD显示画面更换一屏，若15秒钟左右不再按动，画面将回到初始状态。9.逆变器开关机按键：逆变器日常开关机用，按一下此键，可开机，约20秒后转换成逆变器供电输出，输出波形为纯净的正弦波。再按一下此键，可关机。10.DB9通讯界面插座：逆变器与电脑通讯的标准界面。11.风机：供机器散热用，请不要用杂物堵塞风道，保持通风顺畅。12.交流输出空开SW1：控制逆变器交流输出，并作为交流输出过载和短路的保护。13．直流输入空开SW2：外接电池组由此开关控制输入，直流过载保护用。14．接线端子：共5只，用于电池和交流输出接线用，不同颜色的端子接不同功能的线，千万不要接错位置。红色端子：电池正极，压接的是红色线；黑色端子：电池负极，压接的是黑色线；白色端子：交流输出的火线L，压接的是白色线；蓝色端子：交流输出的零线N，压接的是黑色线；绿色端子：保护接地端，压接的是黄绿双色线。为保证用电安全和防雷功能有效，应可靠连接到大地。15．防雷器件：共3只，逆变器输出端L、N、G两两之间各一只。该防雷器件用于防止来自逆变器输出端的雷电袭击，该器件失效后，窗口呈红色，应及时更换，否则将失去防雷功能。如需更换请务必使用相同的规格。16．防雷失效静音开关：该开关置于打开状态“”，防雷器件失效后蜂鸣器才长鸣，开关处于关闭状态“”，蜂鸣器将不报警。~45~XXXXXX研究所培训教材注意：平时不要将开关处于关闭状态“”。17．报警器：防雷器件失效后该报警器长鸣报警。5.4．安装操作步骤5.4.1选择安装场所为了保证机器正常工作，请将机器安装在可控制的环境，同时为避免过热，请保持机器通风顺畅，各通风孔及风扇不可被杂物阻塞。一个适合逆变器安装的场所，必须具备以下条件：(1)地面平稳，避免振动。(2)通风而干燥，周围无腐蚀性气体。(3)远离热源，避免阳光直射，避免雨淋或受潮。(4)逆变器的前后面板能够清楚监视，并容易触控。(5)距离墙壁最少有10公分。5.4.2接线注意事项(1)接线端子颜色必须对应插接，不要插错颜色。(2)外接连线线径应不低于逆变器随机附件所配的导线线径。表2机型附件所配外接导线线径CFX10K16mm²CFX15K16mm²CFX20K25mm²CFX30K35mm²(3)请用户提供良好接地系统，黄绿色的保护地线请尽量接到大地接地棒接点。~46~XXXXXX研究所培训教材(4)导线插接从逆变器底部的过线孔引出，并请检查是否可能碰到周围线路或机箱金属件，避免短路。5.4.3.输出端及电池端接线及检查:打开前门，可以看到空开和防雷器件的保护端盖，先用螺刀将保护盖板的螺丝卸下，打开保护盖板即可看到逆变器内部的5只不同颜色的接线端子。(1)确认空开和前面板开关处于关断状态。(2)将5只端子从逆变器底部的穿线孔引出。(3)将110只2V电池串接成220V电池组。(4)用逆变器附件带红色和黑色端子的红色、黑色导线分别连接电池组的正极和负极。(5)用逆变器附件中带白色和黑色端子的白色、黑色导线分别连接220V交流负载端。(6)将黄绿保护地线连接到大地。(7)将以上5只带导线的端子与逆变器的5只端子按颜色一一对应插接。注意：不同颜色的端子千万不能插错。(8)请检查是否可能碰到护盖，以防止短路。(9)将保护盖板用原来的螺钉锁回原位。(10)再次检查端子颜色是否一一对应。(11)用直流电压表测量确认电池组电压为该逆变器所标明的220V直流电压。(12)不接负载。5.4.4第一次开机操作程序对以上事项确认无误后，请依以下程序开机:(1)将空开往上扳到“0N”的位置。(2)将开关机循环按键按下，约20秒后输出指示灯点亮，LCD显示电池正常，由逆变器供电，逆变器蜂鸣器每4秒钟鸣叫一次，电池指示灯同时闪烁，表示逆变器目前工作正常。逆变器鸣叫约90秒后，会自动停止鸣叫。如果持续使用电池供电，当电池电力将耗尽时，又会发出每1秒钟一次的警告声。(3)按下LCD显示画面循环切换按键，检查LCD显示是否正常。(4)测量输出电压正常后，即完成第一次开机。此时可关机，并关断所有开关。(5)接入负载，按照以上程序重新开机。~47~XXXXXX研究所培训教材(6)按下LCD显示循环切换按键，将显示画面切换至输出功率百分比一屏，如果显示值>100%，请去除不重要的负载，使显示值<100%。(7)逆变器日常关机时，按下开关机循环按键即可。5.4.5日常开关机操作(1)日常开机，只需按一次逆变器开关机循环按键SW4，使之处于按下状态即可启动逆变器。(2)日常关机时，再按一次SW4，使之弹起即可。5.5．防雷功能逆变器输出端因直接通向户外，雷雨季节极易遭受雷击破坏，本逆变器输出端安装了德国“菲尼克斯”公司VAL-MS230ST防雷保护器，当雷电袭击逆变器输出端时，防雷器件发生作用，将雷电能量泄放到大地，如图5.5所示。为保证用户的用电安全和防雷保护功能有效，设备应有可靠的接地系统。图5.5防雷原理图图5.6防雷报警原理图防雷器件遭受若干次雷电袭击后可能会失去防雷保护作用，无论哪只防雷器件失效，防雷失效报警器都会发出鸣叫声报警（见图5.6），此时应立即检查防雷器件逆变器输出端L220V静音开关报警器NG~48~XXXXXX研究所培训教材防雷器件显示窗口，如果防雷器件窗口呈现红色，表明防雷器件已失去防雷功能，此时应尽快按以下步骤更换防雷器件：(1)关闭防雷失效静音开关，报警器停止鸣叫。(2)将逆变器前面的保护盖板卸下。(3)将失效的防雷器件用力拔下。（见图5.8）(4)将相同规格的防雷器件插装到原来的位置，听到“咔嚓”声，表明器件安装到位。注：规格型号与原规格型号不同时可能插装不上，另外防雷功能将会丧失。注：规格型号与原规格型号不同时可能插装不上，另外防雷功能将会丧失。(5)打开防雷失效静音开关，此时报警器应不再鸣叫。(6)如果此时不具备更换条件，也需要先将失效器件拔下。只有拔下失效防雷器件，逆变器才能正常供电。可与生产厂家联系更换。防雷器件的安装位置见图5.3所示，“菲尼克斯”公司VAL－MS230ST如图5.7所示。窗口图5.7VAL-MS230ST防雷器件（带安装座）~49~XXXXXX研究所培训教材安装座防雷器件图5.8防雷器件的更换过程示意图5.6．逆变器显示及异常状况的处理请按表二对照逆变器面板之指示灯、LCD显示值及蜂鸣器叫声，即可得知逆变器运转是否正常，并可根据提示进行适当的处理。表2.指示灯输入输出电池低压过载故障蜂鸣器LCD显示逆变器运转状况处理方式×××××4秒1次输出功率80%逆变器供电，80%负载逆变器刚开机不足25秒×◎×××不叫电池电压210Vdc逆变器运转正常逆变器正常，无需处理×◎×◎×不叫输出功率100%逆变器满载运转减少负载，使输出功率显示<100%。×◎×◎×长鸣输出功率130%逆变器过载130%运转减少负载，使输出功率显示<100%,否则25秒后将自动关机。×◎◎※×1秒1次电池电压180Vdc逆变器供电，电池电力将耗尽请及时给电池充电××××◎长鸣逆变器异常请专业人员检查注:指示灯：◎：亮×：不亮※：闪烁(电池容量指示灯若闪烁，闪烁的周期与蜂鸣器叫声同步。)若逆变器每4秒鸣叫一次，90秒后会自动停止鸣叫，等电池电力即将耗尽时，又会发出每1秒钟一次的叫声。~50~XXXXXX研究所培训教材5.7．逆变器的日常维护及保养(1)逆变器应定期清洁保养，确保机器寿命。(2)清洁时最好将逆变器关闭，并关闭空开和开关。(3)清洁时请用软布轻试，切勿使用磨砂作为清洁剂。(4)应定期检查各连接线接头处，并防止碰撞或松动、潮湿、锈蚀等。(5)逆变器散热通风孔，请保持通畅，应定期检查进出风口是否有异物堵塞。(6)请不要自行打开机盖检修。~51~XXXXXX研究所培训教材第六章系统配线和交流配电6.1简介光伏及风/光互补电站交流配电系统是用来接受和分配交流电能的电力设备。它主要由控制电器（断路器、隔离开关、负荷开关等），保护电器（熔断器等），测量电器（电压表、电流表、电度表等），以及导线等组成。交流配电系统按照设备所处场所，可分为户内配电系统和户外配电系统；按电压等级，可分为高压配电系统和低压配电系统。中小型光伏电站一般供电范围较小，采用低压交流供电基本可以满足用电需要。光伏/风力互补发电村落系统电网按功能可分为输电线路和配电线路（见图6-1）。输电线路主要包括，光伏电站内部所有输送电能的线路（图中蓝线所示）；配电线路主要包括，光伏电站向外部用户配送电能的所有线路（图中红线示）。村落电网按布设方式可分为架空线路和地下线路。村落电网的设计、线型线材选择、安装架设及巡检维护等环节，对光伏电站的经济性和安全性都有重要影响。电池方阵柴油发电交流配电柜控制器逆变器蓄电池用户用户用户风力((站内)站发电图6-1村落电网框图图~52~XXXXXX研究所培训教材6．2那曲KN-PD系列配电系统KN-PD系列配电系统由直流配电部分和交流配电部分组成，两部分设计于一个柜体内的上下两层，两层完全隔离。1、直流配电部分：直流配电部分位于配电柜的下侧，其功能包括：⑴各个控制单元模块对蓄电池的导通、关断控制；⑵对逆变器直流输入端的导通、关断控制；⑶蓄电池电压的测量和光伏阵列总充电电流的测量；直流配电部分在电站的日常运行中不用进行操作，只在维护、维修时才进行此部分的操作。~53~XXXXXX研究所培训教材2、交流配电部分：交流配电部分位于配电柜的上侧，它与逆变器的交流输出端相连，其功能包括：⑴对各路负载供电（三相、单相）的控制和计量；⑵各路负载的短路保护；⑶对各路负载用电情况的观测；⑷各输出线路电压的观测；配电柜交流部分是日常运行中经常操作的部分，日常的供电、断电都经此部分实现。6．2．1、概述配电柜内分上下两层，上半部分为交流部分，下半部分为直流部分。直流配电柜将控制柜接入的光伏支路（风力发电机整流后的）直流电充入蓄电池，同时将蓄电池的直流电接至逆变器输入端。交流部分将逆变器输出的交流电接到负载端，并可通过电度表记录各负载支路的用电情况。6．2．2、配电柜功能将蓄电池组和光伏支路（风力发电机）连接，实现光伏组件（风力发电机）对蓄电池的充电。·将蓄电池组接到单相逆变器的直流输入端。·单相逆变器交流输出经配电柜可向负载供电。·对蓄电池充放电的机械控制。·对负载供电的机械控制。·通过电度表观察各负载支路的用电情况。6．2．3、配电柜操作使用配电柜内分上下两层，上半部分为交流部分，下半部分为直流部分。直流部分控制控制柜三个光电单元（风电单元）向蓄电池充电，并分别控制两台逆变器的直流输入。交流部分控制交流输出。~54~XXXXXX研究所培训教材如图：柜内正视柜内后视162516251625162516251625Wh1Wh215432154321625DC+DC-412314321123412332A1N1A11N11A2N2A21N21QF1QF2X1-1X1-2X1-3X1-4X2-1X2-2X2-3X2-4LH1LH2QF3QF4QF5QF6QF7X4-1X4-2X4-3X5-1X5-2X5-3X3-1X3-2X3-3X3-4X2X1X5X4X3QF2-6QF2-2QF2-5QF2-1QF1-6QF1-2QF1-5QF1-1QF5-5QF5-1QF4-5QF4-1QF3-5QF3-1QF7-6QF7-2QF6-2QF6-6图6.2配电柜视图6．2．4、配电柜的安全使用事项·配电柜柜体接地。·配电柜与其它装置连接时或更换装置重新连接时必须保证正确地接线，否则造成装置和配电柜的损坏。·配电柜中安装的各种部件应固定牢固，防止松动，防止接头之间及导线间的短路。·更换配电柜中的部件时，必须在配电柜无电条件下进行，防止造成人身触电。~55~XXXXXX研究所培训教材配电柜中的部件发生损坏后，应检查此种结果的原因，排除故障后，应更换原规格的部件。6.3本交流配电系统的主要特点6.3.1．对交流配电系统的通用要求(1)动作准确，运行可靠；(2)在发生故障时，能够准确、迅速的切断事故电流、避免事故扩大；(3)工作安全，操作方便，维修容易；(4)具有较高的机械寿命和电气寿命。6.3.2．技术要求(1)设备与技术成熟可靠(2)充分考虑了当地的自然环境那曲电站大都位于海拔4500米以上，其主要特征是气压低、温差大、太阳辐射强、空气密度低。随着海拔高度的增加，大气压力和相对密度下降，电气设备的绝缘程度也随之下降。因此，在设计时我们充分考虑到了当地恶劣环境对电气设备的不利影响。6.3.3结构的要求(1)散热高海拔地区气压低，空气密度小，散热条件差，对低压电气设备影响大，因此，在设计容量时留有了较大的余地，以降低工作时的温升。(2)维护和维修交流配电柜为开启式的双面维护结构，便于维护和维修。(3)接地交流配电柜具有良好的接地保护系统，以便可靠的防止操作人员触电。~56~XXXXXX研究所培训教材6.4输配电线路在光伏系统的场地输电线设计中，通常要求太阳电池方阵至蓄电池的压降允许值≤5%，各支路压降允许值≤2%。由于村落光伏电站场地不大，为便于施工和管理，场地输电线通常采用地下电缆沟的方式铺设。一般选用适合地下潮湿环境的橡胶绝缘电缆。如果直接埋在地下，橡胶电缆应放在高强度塑料管内，以防车轮压坏和鼠咬。~57~XXXXXX研究所培训教材第七章蓄电池7.1蓄电池应用简介蓄电池是一种化学电源，它将直流电能转变为化学能储存起来，需要时再把化学能转变为电能。蓄电池有不同类型，例如：人们常用的手电筒使用的电池，电量用完后无法再次充电，称为一次电池（或原电池）。还有一类可充电电池，电量用完后还可以再次充电，称为二次电池，例如：汽车起动用的铅蓄电池及移动电话、笔记本电脑使用的锂电池等等。7.1.1蓄电池在光伏及风力发电中的应用由于存在着太阳辐射的昼夜变化和风力变化的季节性、随机性，光伏和风力发电系统的输出功率和能量每时每刻都在波动，使得用户负载无法获得连续而稳定的电能供应。在光伏和风力发电系统中配备蓄电池后，在以下三个方面提高了系统供电质量：（1）解决了电能贮存问题：蓄电池将日照和风力充足时系统发出的多余电能，保留在夜间或无风的阴雨天使用，解决了发电与用电时间不一致的问题；（2）起着功率和能量的调节作用：各种用电设备的工作时段和功率大小都有各自的变化规律，欲使太阳能和风能与用电负载自然配合是不可能的。蓄电池大的储能空间和良好的充电与放电性能，为光伏和风力发电系统功率和能量的调节提供了有利条件；（3）向负载提供瞬时大电流：在光伏及风力发电村落系统中常有生产性负载，这些负载不仅容量大，而且在起动和运行过程中会产生浪涌电流和冲击电流，如水泵、割草机和制冷机等。蓄电池的低内阻及良好的动态特性，可适应上述电感性负载对电源的要求。~58~XXXXXX研究所培训教材7.1.2常用蓄电池类型蓄电池种类虽然很多，出于对性能价格比的考虑，光伏和风力发电系统中最常用的是铅蓄电池，其次是碱性蓄电池。1．铅酸蓄电池用铅和二氧化铅作为负极和正极的活性物质（即参加化学反应的物质），以浓度为27-37%的硫酸水溶液作为电解液的电池，称为铅酸蓄电池（亦称“铅蓄电池”）。铅酸蓄电池不仅具有化学能和电能转换效率较高、循环寿命较长、端电压高，容量大（高达3000Ah）的特点，而且还具备防酸、隔爆、消氢、耐腐蚀的性能。同时随着工艺技术的提高，铅酸蓄电池的使用寿命也在不断提高。近年来还开发出具有免维护特点的密封型铅酸蓄电池。密封式铅酸电池与液体铅酸电池差别是，电解质是凝胶、固体或海绵状物质，当密封电池使用液体电解质时，电解液全部被吸附在超细玻璃纤维隔板中，以防倒置时漏液。密封式铅酸电池，维护简便，方便运输，但价格较贵，一般是开口铅酸电池2-3倍。在高温气候条件下，密封式铅酸电池过充时易损坏。2．碱性蓄电池碱性蓄电池是以电解液的性质而得名，此类蓄电池的电解液采用了苛性钾或苛性钠的水溶液。碱性蓄电池按其极板材料，可分为镉镍蓄电池、铁镍蓄电池等。镉镍蓄电池是以镉和铁的混合物作为负极活性物质，以氧化镍作为正极活性物质。铁镍蓄电池的正极活性物质与镉镍蓄电池的正极基本相同，只是负极以铁金属作为活性物质。碱性蓄电池与铅酸蓄电池相比具有体积小，可深放电，耐过充和过放电，以及使用寿命长，维护简单等优点。碱性蓄电池的主要缺点是内阻大，电动势较低，造价高。同低成本的铅酸电池比较，镉镍电池初始成本高3～4倍，因此在光伏系统中较少采用。~59~XXXXXX研究所培训教材7.2铅酸蓄电池工作原理7.2.1铅酸蓄电池结构铅酸蓄电池主要由以下部分构成：正、负极板组、隔离物、容器和电解液等。固定型（开口式）铅蓄电池的外形和结构如图7-1所示。（1）极板：铅酸蓄电池的正、负极极板为特殊铅钙合金板栅的涂膏式极板。其功能是能保持足够的容量，长期维持容量特性。（2）隔板：在各种类型的铅酸蓄电池中，除少数特殊组合的极板间留有宽大的空隙外，在两极板间均需插入隔离物，以防止正负极板相互接触而发生短路。隔离物有木质、橡胶、微孔橡胶、微孔塑料、玻璃等数种，可根据蓄电池的类型适当选定。（3）容器：容器是用来盛装电解液和支撑极板的，通常有玻璃容器、衬铅木质容器、硬橡胶容器和塑料容器四种。其功能是能承受内部压力。（4）电解液：铅蓄电池的电解液是用蒸馏水稀释高纯度浓硫酸而成。蓄电池用的电解液(稀硫酸)必须保持纯净，不能含有害于铅酸蓄电池的任何杂质。7.2.2铅蓄电池基本原理铅蓄电池由两组极板插入稀硫酸溶液中构成。电极在完成充电后，正极板为二氧化铅，负极板为海绵状铅。放电后，在两极板上都产生细小而松软的硫酸铅，充电后又恢复为原来物质。~60~XXXXXX研究所培训教材7.3铅蓄电池主要性能及影响因素描述铅蓄电池特性的参量很多，下面仅就光伏/风力互补系统中，与选用蓄电池有关的性能指标给以简要介绍。7.3.1铅蓄电池容量1．容量的表示蓄电池容量是蓄电池储存电荷的能力。将处于完全充电状态的蓄电池，按一定的放电条件，放电至所规定的终止电压时，电池放出的电量，通常以安时（A﹒h）表示。2．影响容量的因素电池容量不是一个固定的参数，它是由设计、工艺和使用条件综合因素决定的。对蓄电池使用者主要应了解，在使用过程中蓄电池放电率、电解液温度和电解液浓度是影响电池实际容量的最主要因素。（1）放电率的影响蓄电池容量的大小随放电率不同而不同。电流愈大，活性物质利用率愈低，电池给出的容量也就愈小。此外，由于极化和内阻的存在，在高电流下，电压损失增加，使电池端电压迅速下降，也是使容量降低的原因。（2）电解液温度的影响电解液温度高时（在允许的温度范围内），离子运动速度加快，获得的动能增加，因此渗透力增强，从而使蓄电池内阻减小，扩散速度加快，电化反应加强，从而使电池容量增大；当电解液温度下降时，渗透力降低，因此蓄电池内阻增大，扩散速度降低，电化反应滞缓，使电池的容量减小。随着温度的升高，蓄电池容量呈增加趋势。（3）电解液浓度的影响在实际使用的电解液浓度范围内，增加电解液浓度就是增加了反应物质，因此电池的容量也随之增加。电解液浓度是决定蓄电池容量和电压的重要因素，若减少电解液浓度，在放电过程中电解液比重相应降低，由于不能维持足够的硫酸量，则容量也因此减小。~61~XXXXXX研究所培训教材7.3.2铅蓄电池使用寿命在最佳的浮充电压和15~25℃温度下运行，GFM系列蓄电池的浮充使用设计寿命为10-15年。铅蓄电池失效是在多种因素的作用和影响下的结果。既取决于内在因素，如电池工艺结构与制造质量等，也取决于外在因素，如放电深度、放电电流密度、电解液浓度与温度、储存时间和维护状况等。电池寿命与使用的环境温度有很大的关系，环境温度每升高10℃，电池寿命约减少50%。因此，为了延长电池的寿命，电池室温度保持在20℃左右最为适宜。放电深度对蓄电池的循环寿命影响很大，蓄电池经常深度放电，循环寿命将缩短（见图7-2）。其次，同一额定容量的蓄电池经常采用大电流充电和放电，对蓄电池寿命都产生影响。图7-2放电深度对蓄电池的循环寿命影响7.4确定蓄电池技术条件7.4.1对光/风发电储能专用蓄电池的要求~62~XXXXXX研究所培训教材光伏和风力发电系统中蓄电池工作特点是：频繁处于充电—放电的反复循环中，而且过充电和深放电的不利工况时有发生。因此蓄电池工作特性和循环寿命就成为人们最关注的问题。根据光伏/风力发电系统中蓄电池使用特点，具有以下特长的蓄电池最适合在光伏系统中使用：①具有深循环放电性能；②充放循环寿命长；③对过充、过放电耐受能力强；④具有免维护或少维护性能；⑤低温下也具有良好的充电、放电特性；⑥充放电特性对高温不敏感；⑦无需初充电操作；⑧具有较高的能量效率；⑨具有高的性能价格比；⑩具有高的重量比能量和体积比能量。目前希望蓄电池全部满足上面各项要求是很困难的，但每项指标的提高和改进，对在边远地区推广光/风发电系统都具有十分重要的意义。7.4.2选择蓄电池类型1．固定型铅蓄电池固定型（开口式）铅蓄电池主要用于通信电源、发电厂和变电所的操和备用电源，以及其它固定场所。固定型铅蓄电池的优点是：容量大，单位容量价格便宜，使用寿命长和轻度硫酸化可恢复。与起动用蓄电池相比固定型蓄电池的性能更贴近光伏系统的要求，因此目前在功率较大的光伏电站多数采用固定型（开口式）铅蓄电池。开口式铅酸蓄电池的主要缺点是：需要维护，在干燥气候地区要经常添加蒸馏水，隔一段时间还要检查和调整电解液比重。此外，~63~XXXXXX研究所培训教材开口式电池带液运输时，电解液有溢出的危险。2．密封型铅蓄电池20世纪八十年代国外已开始使用密封型铅蓄电池，近年来国内也在开发蓄电池的密封和免维护技术，同时引进了多条密封型铅蓄电池生产线。因此，在光伏发电系统中也开始选用密封型铅蓄电池。密封型铅酸蓄电池与开口式铅电池相比，主要有以下优点和缺点：?优点①不需专门的维护；②即便倾倒电解液也不会溢出；③不向空气中排放氢气和酸雾；④安全性能更好。?缺点①对过充电敏感，因此对过充保护器性能要求高；②当长时间反复过充电后，电池极板易变形;③较普通开口铅蓄电池价格高（国外产品约高60%～100%倍，国内产品约高20%～60%）。7．5安装、使用与日常维护7．5．1维护蓄电池可在环境温度5℃-45℃范围内工作，但蓄电池的额定容量和使用寿命是在25℃左右温度下的预计值，所以蓄电池应保持在10℃-30℃之间。蓄电池室应有必要的通风设施。蓄电池应在离开热源和易产生火花的地方，其安全距离应大于2米。蓄电池室应避免阳光直射，不能置于有腐蚀性气体的环境中。~64~XXXXXX研究所培训教材7．5．2安装在蓄电池的运输、安装过程中，必须小心搬运、防止短路。由于电池组件电压较高，存在电击危险。因此在装卸导线连接线时应使用绝缘工具。在电池安装搬运过程中，要慎防电池跌落地面造成破损，不得触及极柱和安全排气阀。脏污的连接条或不紧密的连接均可能引起电池打火，所以要保持连接条在连接处的清洁，并拧紧连接螺丝。~65~XXXXXX研究所培训教材第八章其他设施8.1接地和防雷1.为了防止电器设备因安装不当或绝缘不良而使其外壳带电，发生触电事故，通常采用接地装置。电器设备在使用时，须将其外壳与大地进行连接。2.接地装置包括接地体和接地线两部分。与土壤直接接触的金属叫做接地体，接地体与电器设备的金属连接线叫接地线。接地体又分为自然接地体和人工接地体。自然接地体是利用与大地有可靠连接的金属管道和建筑物的金属结构等作为接地体。人工接地体是利用钢材制成不同形状，打入地下形成的接地体。3.接地体应用两根以上的钢管或角钢组成，以提高可靠性。常用几根钢管或角钢埋设成一排或一圈，距离不应小于2.5米，然后用扁钢或角钢或用接地线连接起来。接地线如果从屋外引入屋内，最好是从地面以下引入，然后再引出地面。在埋设接地体之前，应先挖一个深约1米的地坑，然后再将接地体打入地下，上端露出坑底约0.2米，供连接接地线之用。接地体打入地下的深度应不小于2米。4.接地体应尽量埋在大地冰冻层以下潮湿的土壤中。若土壤电阻系数较大，不能满足接地电阻值要求时，可在接地体埋设之前先放置些食盐、木炭等并加些水，以降低其电阻系数。8．2、太阳光伏阵列接线箱对太阳能光伏发电系统而言，太阳电池阵列一般需要一个或多个接线箱，将按照电压等级串联好的N组太阳电池并联成一条或几条支路引入控制柜对蓄电池充电。我公司自行设计的制造KN-JS系列接线箱，可以针对不同的系统进行生产，满足各类不同容量光伏系统的要求。接线箱中除了将太阳电池进行并联的接线端子外，还在每一路引入控制柜的太阳电池支路上加有空气开关，这样在系统检查或维修时，可以手动强制性的断电。接线箱中同时还设计了防止反充的防反二极管以防止电流反向流动。~66~XXXXXX研究所培训教材J1-1J1-2J1-3J1-4J1-6J1-5J1-7J1-8（X1-1）（DC1-）K1K2K3-+-+-+接线端子50AJ1-1J1-2J1-3J1-4J1-6J1-5J1-7J1-8K1K2K3-+-+-+去控制柜出线去控制柜出线PV1+PV1-PV6+PV6-PV5+PV5-PV4+PV4-PV3+PV3-PV2+PV2-来自电池板进线来自电池板进线（DC1-）（DC1-）（DC1-）（DC1-）（DC1-）（X1-4）（X1-3）（X1-2）（X1-6）（X1-5）图8.1光伏接线箱示意图8.3干线接线箱k1x1来自配电柜去支线接线箱来自干线接线箱去户用电表箱来自配电柜去支线接线箱20kw干线接线箱备注：k1：100A、2极断路器k2：50A、2极断路器k3：30A、2极断路器x1:50A接线端子x2:50A接线端子x3:10A接线端子干线接线箱电缆16mm2支线接线箱电缆10mm2每个接线箱输出六路k3x3支线接线箱k2x210kw干线接线箱图8.2干线接线箱示意图~67~XXXXXX研究所培训教材8.4户用电表箱电度表支线箱来去插座去灯开关去灯开关5A5A5A图8.3户用电表箱~68~XXXXXX研究所培训教材第九章光伏/风力互补系统维护9.1维护工作基本要求9.1.1基本要求1．严格遵守设计单位和安装单位有关光/风互补发电系统维护、检修和故障处理的规程，以及系统部件供应商的有关规定。违反维护与故障处理的有关规程和规定，将导致缩短系统运行寿命和增加系统的运行费用，甚至导致系统事故和损坏。2．光/风互补发电系统出现异常情况时，运行维护人应该按用户手册所规定的步骤采取相应措施，如果通过这些步骤仍然无法排除故障，应把异常现象记录在案并向有关方面（如：系统设计者、安装者和设备供应商）通报，以便取得技术支持。3．光/风互补电站必须备齐以下资料和物品：光/风互补发电系统完整的运行维护手册和技术资料，维修专用工具，必备零部件、材料和安全用品。9.1.2条件准备为做好光/风互补发电系统维护与故障处理工作，电站应备有以下工具、仪表、材料和技术资料：1．工具类：烙铁、扳手、螺丝刀、剥线钳、老虎钳、纸、笔；2．仪表类：万用表、温度计；3．材料类：空气开关、导线、棉丝、破布；4．安全用品：橡皮手套、急救成套用具；5．技术资料：产品说明书和维修手册。9.2光伏/风力互补系统部件维护9.2.1太阳电池方阵的使用和维护（1）太阳能电池方阵应安装在周围没有高大建筑物、树木、电杆等遮挡阳光的处所，以便充分的获得太阳光。我国地处北半球，方阵的采光面应朝南放置，并与太阳光垂直。~69~XXXXXX研究所培训教材（2）在太阳能电池方阵的安装和使用中，要轻拿轻放组件，严禁碰撞、敲击、划痕，以免损坏封装玻璃，影响其性能，缩短它的使用寿命。（3）太阳能电池方阵的采光面应经常保持清洁，如采光面上落有