光伏发电技术基础 知识点1 光伏发电系统的技术环节 并网光伏发电系统

光伏发电技术基础光电工程学院太阳能光伏发电系统并网型太阳能光伏发电系统是将产生的电能输送到公共电网上。此系统是与公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂连接到国家电网的发电方式，成为电网的补充，典型特征为一般不需要蓄电池。它主要是由光伏发电系统、逆变系统和并网接入系统等三个部分组成。第三节并网型光伏发电系统第三节并网型光伏发电系统并网型光伏发电系统的运行模式是在太阳辐射下，光伏阵列输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，并网逆变器并入电网的用户侧或配电侧。整个发电系统无需考虑储能，在电网的支持下完全达到电能的最大利用率。在这一过程中，并网逆变器会把直流电转换为与电网同频率、同相位的正弦波交流电接入220V/380V低压侧电网。如果要接入公共电网，则需要通过与电站装机规模、电网电压相匹配的升压变压器并入高压电网。应用于光伏地面电站：大规模集中发电，经逆变器、升压变压器后，与公共电网实现高压侧并网，利用电网远距离传输到终端用户。第三节并网型光伏发电系统应用于光伏屋顶电站：与建筑结合的光伏发电系统的形式（BIPV、BAPV），有效利用建筑屋顶，因地制宜应用光伏发电，经逆变器就近实现用户侧并网。第三节并网型光伏发电系统并网型光伏电站规模可依据装机容量或电压等级确定光伏电站的等级根据装机容量：小规模（100kW以下）、中规模（100kW-1MW）、大规模（1MW-10MW）和超大规模（10MW以上）。根据电压等级：小型光伏电站——接入电压等级为0.4kV低压电网的光伏电站；中型光伏电站——接入电压等级为10-35kV电网的光伏电站；大型光伏电站——接入电压等级为66kV及以上电网的光伏电站。大型光伏光伏发电系统的总效率主要由光伏阵列的效率、逆变器的效率、交流并网效率三部分组成。并网型光伏发电系统接入三相400V或单相230V低压配电网，通过交流配电线路并入用户侧或高压侧。用户侧并网型光伏发电系统根据是否允许通过公共连接点向公共电网送电，可分为可逆和不可逆两种接入方式。第三节并网型光伏发电系统当太阳能光伏发电系统发出的电能充裕时，可将剩余电能馈入公共电网，向电网供电（卖电），当太阳能光伏系统提供的电力不足时，由电网向负载供电（买电）。由于向电网供电时与电网供电的方向相反，所以称为有逆流并网型光伏发电系统。对于可逆流并网系统，光伏发电系统总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域的最大负荷的25%，并需要对原有的计量系统改装为双向表，以便发电、用电都能计量。3.1有逆流并网型光伏发电系统

有逆流并网型光伏发电系统，一般是光伏发电系统的发电能力大于负载或发电时间与负载用电时间不相同是采用的一种方案。第三节并网型光伏发电系统不可逆流并网型光伏发电系统，是光伏发电系统的发电量始终小于或等于负载的用电量，当光伏发电系统供电不足时，则由公共电网向负载供电，即光伏发电系统与电网形成并联向负载供电，如图所示。换句话说，不可逆流并网型光伏发电系统发出的电能只给本地负荷供电，多余的电需通过防逆流装置控制逆变器的发电功能，不允许通过配电变压器向公用电网馈电。由此可见，采用“不可逆流”的并网方式，其电流是单方向的。3.2不可逆流并网型光伏发电系统第三节并网型光伏发电系统1.2不可逆流并网型光伏发电系统不可逆流并网型光伏发电系统，如果没有蓄能装置，即使由于某种特殊原因产生剩余电能时，也只能通过某种方式将其处理或放弃。正是源于它不会出现向公共电网输电的情况，故是不可逆流并网型。第三节并网型光伏发电系统针对不可逆流并网型光伏发电系统所发的电由本地负荷消耗，多余的电不允许通过低压配电变压器向上级电网逆向输送。为了防止光伏并网系统逆向发电，系统需要配置一套防逆流装置，通过实时监测配电变压器低压出口侧的电压、电流信号来调节光伏系统的发电功率（限功率、切断），从而达到光伏并网系统的防逆流功能。根据电网接入点与逆变室位置，决定防逆流装置网侧电流、电压采样和控制部分是否需要分离。一旦发现向电网输入能量，会立即通过通讯控制逆变器，降低其输出电流，减小光伏系统发电功率；当出现通讯故障或其它系统故障时，防逆流装置会控制逆变器断开与电网连接，从而彻底停止向电网供电。1.2不可逆流并网型光伏发电系统第三节并网型光伏发电系统切换型并网光伏发电系统，实际上是具有自动运行双向切换的功能。一是当光伏发电系统因多云，阴雨天及自身故障等导致发电量不足时，切换器能自动切换到电网供电一侧，由电网向负载供电；二是当电网因为某种原因突然停电时，光伏系统可以自动切换使电网与光伏系统分离，成为独立光伏发电系统工作状态。有些切换型光伏发电系统，还可以在需要时断开为一般负载的供电，接通对应急负载的供电。一般切换型并网光伏发电系统都带有储能装置。3.3切换型并网光伏发电系统第三节并网型光伏发电系统太阳能光伏发电系统具有的“发电载荷的不稳定”和“传输耗损大”等因素，给电网带来难题，并网问题已经成为光伏发电系统发展的技术瓶颈。分布式光伏发电系统通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统。它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。由于太阳能资源分布广泛，昼夜变化大，并不适合集中建设大型光伏发电系统，以远距离高压输电的太阳能利用方式并不适合光伏发电的特点。太阳能光伏发电分布式的优势在应用中凸显，应以与用户用电相结合的方式安装光伏系统，低电压接入配电网，实现就近开发就近利用，相较于集中建设大型光伏发电，远距离高压输电方式而言更为妥善，电力得以就地消纳，电量可得到充分利用；不用远距离送电，节省大量投资并可减少大量输电损耗；电源分散，接入系统电压等级很低。所以应该大力发展分布式光伏发电。例如：在分布式光伏发电发展比较完善的德国，年光照小时数只有1200小时，而济宁地区的年光照小时数达到了1420小时，因此在济宁等城市可以发展分布式光伏发电。2.并网型光伏发电系统的实现方式第三节并网型光伏发电系统A、增加输电导线的横截面积有利于减少输电过程中的电能损失B、高压输电是通过减小输电电流来减小电路的发热损耗C、在输送电压一定时，输送的电功率越大，输电过程中的电能损失越小D、高压输电必须综合考虑各种因素，不一定是电压越高越好例题1如图所示为远距离高压输电。关于远距离输电，下列表述正确的是（）分析：远距离输电过程中的主要能量损耗是输电导线的发热损耗P=I2R，由可以看出，在保证输电功率的前提下有两种方式可减小输电中的能量损失：一是减少输电线的电阻，由R=ρL/s知，A正确。二是减小输电电流，B正确。若输电电压一定，由P=UI知输送的电功率越大，输电电流越大，则输电中能量损耗P=I2R越大，C错误。在影响高压输电的因素中另一个重要因素是电晕放电引起的电能损耗，在输电电压越高时，电晕放电引起的电能损失越大，D正确。答案：ABD第三节并网型光伏发电系统A.输送的电压越高，输电线路上损失的电压越大B.输电线路上损失的电压与输送电流成正比C.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成正比D.输电线路上损失的功率跟输送电压的平方成反比例题2某发电厂通过远距离向某学校输电，输送的电功率为P，当输电线的电阻和输送的电功率不变时，则下列说法正确的是()分析：输送的电压越高，输送电流越小，输电线路上损失的电压IR越小，A错、B对；输电线路上损失的功率P=(P/U)2R，故C错、D对。答案：BD第三节并网型光伏发电系统例题2假如规划建设一个并网型光伏发电系统所采用的光伏组件效率为13.8%，并网逆变器的最高效率为97%，忽略其它因素的损失。求此并网型光伏发电系统的最高效率是多少？解：光伏组件效率：η1=0.138离网逆变器效率：η4=0.97故此系统的最高效率：η=η1η2η3η4=0.138×0.97×100%=13.4%第三节并网型光伏发电系统3分布式并网型与集中式并网型⑴分布式并网型①基本原则：主要基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送。②优点：光伏电源处于用户侧，发电供给当地负荷，视作负载，可以有效减少对电网供电的依赖，减少线路损耗；充分利用建筑物表面，可以将光伏电池同时作为建筑材料，有效减少光伏电站的占地面积；与智能电网和微电网的有效接口，运行灵活，适当条件下可以脱稿电网独立运行。③缺点：配电网中的潮流方向会适时变化，逆潮流导致额外损耗，相关的保护都需要重新整定，变压器分接头需要不断变换等问题；电压和无功调节的困难，大容量光伏的接入后功率因数的控制存在技术型难题，短路电力也将增大；需要在配电网级的能量管理系统，在大规模光伏接入的情况下进行负载的同一管理。对二次设备和通讯提供了新的要求，增加了系统的复杂性。第三节并网型光伏发电系统3分布式并网型与集中式并网型⑵集中式并网型①基本原则：充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷。②优点：由于选址更加灵活，光伏出力稳定性有所增加，并且充分利用太阳辐射与用电负荷的正调峰特性，起到削峰的作用；运行方式较为灵活，相对于分布式光伏可以更方便地进行无功和电压控制，参加电网频率调节也更容易实现；建设周期短，环境适应能了强，不需要水源、燃煤运输等原料保障，运行成本低，便于集中管理，受到空间的限制小，可以很容易地实现扩容。第三节并网型光伏发电系统3分布式并网型与集中式并网型⑵集中式并网型③缺点：需要依赖长距离输电线路送电入网，同时自身也是电网的一个较大的干扰源，输电线路的损耗、电压跌落、无功补偿等问题将会凸显；大容量的光伏电站由多台变换装置组合实现，这些设备的协同工作需要进行同一管理，目前这方面技术尚不成熟；为保证电网安全，大容量的集中式光伏接入需要有LVRT等新的功能，这一技术往往与孤岛存在冲突。第三节并网型光伏发电系统3.1分布式并网型的设计方案假如设计1个1MWpBIPV并网型发电系统系统。该系统采用分布式并网型的设计方案，将1MW系统分成4个250kW的并网发电单元，通过4台250kW并网逆变器接入0.4kV交流电网，实现并网发电。此类电站一般容量较小，采用低压侧并网方式，自发自用，光伏电站总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域的最大负荷的25%。系统原理框图所示第三节并网型光伏发电系统3.1分布式并网型的设计方案第三节并网型光伏发电系统3.1分布式并网型的设计方案设备配置清单如下序号设备名称数量1直流防雷汇流箱16台2直流配电柜2台3并网逆变器4台4环境检测仪1台5数据采集器1台6监控装置工控机1台显示器1台监控软件1套第三节并网型光伏发电系统3.2集中式并网型的设计方案若采用集中式并网型的设计方案，适用于地面光伏发电系统。该系统采用分块发电，集中并网方式。此类电站一般采用1MW为一子系统，整个电站由若干个1MW子系统组成，每个1MW子系统输出经汇流后集中并网。每个1MW子系统设计为2个500KW并网发电单元，配置2台500KW并网逆变器，不含隔离变压器，输出额定电压为三相270V50Hz；经过1台10KV升压变压器(0.27/0.27/10KV,1000KVA)接入本地的10KV中压电网，实现并网发电功能。系统原理框图所示第三节并网型光伏发电系统3.2集中式并网型的设计方案第三节并网型光伏发电系统3.2分布式并网型的设计方案设备配置清单如下序号设备名称数量1直流防雷汇流箱16台2直流配电柜2台3并网逆变器2台4环境检测仪1台5数据采集器1台6监控装置工控机1台显示器1台监控软件1套第三节并网型光伏发电系统4光伏发电技术的几种形式1、光伏方阵直接带动负载--光伏水泵。2、光伏离网系统--太阳能户用系