光伏應(yīng)用技術(shù)論文(2)
光伏應(yīng)用技術(shù)論文篇二
光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用
【摘 要】隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)越來越成熟可靠，光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)已成為目前應(yīng)用較為廣泛的新能源應(yīng)用技術(shù)。本文首先從子系統(tǒng)組成、主設(shè)備選型、升壓系統(tǒng)、保護(hù)措施、防雷接地等方面介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，然后分析了采用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)應(yīng)考慮的問題，最后對影響光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量的因素進(jìn)行了闡述，確認(rèn)了光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的可行性。
【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;逆變器;并網(wǎng)系統(tǒng)
一、引言
光伏的全稱是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。其中光伏板組件主要由太陽電池構(gòu)成，這種由半導(dǎo)體材料組成的太陽電池可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)又可以把太陽電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為更為常用的交流電與電網(wǎng)耦合。
隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)越來越成熟可靠，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行方式也層出不窮，主要有獨(dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行兩種方式[1]。其中光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)已成為目前應(yīng)用較為廣泛的新能源應(yīng)用技術(shù)。
二、光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)
1、子系統(tǒng)組成。光伏模塊子系統(tǒng)、直流配電監(jiān)測系統(tǒng)和逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)組成光伏發(fā)電系統(tǒng)[2]，子系統(tǒng)相對獨(dú)立，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過并網(wǎng)逆變器把產(chǎn)生的380V三相交流電接至升壓變壓器，之后接入電網(wǎng)。
2、主設(shè)備選型。單臺逆變器的容量越大，單位造價(jià)相對越低，但容量越大，一旦發(fā)生故障，對整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊越大。所以在選擇并網(wǎng)逆變器時(shí)，需考慮光伏系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際情況，確定出額定容量適合的逆變器，并網(wǎng)型逆變器同時(shí)需有短路、過電壓、過頻率保護(hù)、欠電壓、頻率保護(hù)、逆向功率保護(hù)等功能。光伏電池組件通過直流配電監(jiān)測裝置連接逆變器，直流配電監(jiān)測裝置能夠監(jiān)測各個(gè)光伏電池內(nèi)的電流，可以將電流信息以數(shù)據(jù)形式發(fā)送給逆變器控制器。為保證光伏發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，可以將并網(wǎng)逆變器分散成獨(dú)立并網(wǎng)的形式。
3、升壓系統(tǒng)。并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的380V交流電需要升壓入網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量決定了升壓變壓器電壓比和額定容量，最好選擇箱型干式變壓器作為首選。升壓變電站分層布置，上層作為設(shè)有逆變器監(jiān)控屏的逆變室，下層為配電室[3]。高低壓進(jìn)線柜分別選擇中置式空氣絕緣和低壓抽出式開關(guān)柜。另外用來監(jiān)控升壓站工作狀況的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也是升壓變電站所必須的，系統(tǒng)監(jiān)控各光伏電池發(fā)電量以及升壓變壓器兩端電壓、電流及其鐵心和線圈溫度等信息，監(jiān)控系統(tǒng)通過分析這些信息來控制升壓變壓器并網(wǎng)開關(guān)的投入量。監(jiān)控系統(tǒng)可以讓多路逆變器在其內(nèi)部群控器的控制下同步并列運(yùn)行，群控器還可以對多臺逆變器的投切進(jìn)行控制，對逆變器負(fù)載均分，達(dá)到降低逆變器低載損耗以及延長其使用壽命的目的。
4、保護(hù)措施。升壓變壓器裝有高溫跳閘保護(hù)裝置，其高壓和低壓開關(guān)柜安裝有測控保護(hù)裝置，可以對過電流、過電壓進(jìn)行保護(hù);并網(wǎng)以及電容器開關(guān)柜也裝有測控保護(hù)裝置，可以對電壓過高或不足、頻率過高或過低進(jìn)行保護(hù);低壓進(jìn)線開關(guān)設(shè)有過流跳閘功能。一旦發(fā)生極性反接、孤島效應(yīng)、負(fù)載過重等問題，逆變器能自動從系統(tǒng)中脫離。
5、防雷接地。在采用全戶內(nèi)型的升壓變電站的屋頂和光伏電池組件上安裝設(shè)有獨(dú)立引下線的環(huán)形避雷帶可以有效避免雷電打擊。另外電氣設(shè)備需裝有接地裝置，設(shè)備外殼也需接地，以保證操作人員人身安全。
三、采用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)考慮的問題
1、電壓波動問題。光照強(qiáng)度影響著光伏發(fā)電裝置的輸出功率。光照強(qiáng)度受日照、季節(jié)、天氣等自然因素的影響會導(dǎo)致輸出功率不穩(wěn)定。《電網(wǎng)若干技術(shù)原則的規(guī)定》中明確電壓允許偏差值范圍是-7%～+7%。在光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需考慮瞬間從電網(wǎng)中脫離對系統(tǒng)電壓的影響。
2、諧波問題。光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池負(fù)責(zé)把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，此時(shí)的電能為直流電，并網(wǎng)逆變器負(fù)責(zé)將其轉(zhuǎn)化為符合電網(wǎng)相頻的正弦波電流，但大量諧波會在直流電逆變成交流電的過程中產(chǎn)生。
光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)將光伏電池產(chǎn)生的直流電通過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換為380V交流電，然后再升至10kV并入電網(wǎng)。大量資料表明，電壓通過并網(wǎng)逆變器后，電壓畸變率為3.3%～4.1%，基本滿足國家對電網(wǎng)電壓諧波畸變率4.0%的要求。但升壓并入電網(wǎng)過程中與電網(wǎng)測接入點(diǎn)會產(chǎn)生背景諧波疊加，可能超過國家規(guī)定畸變率，所以有必要在并入電網(wǎng)時(shí)進(jìn)行實(shí)際檢測。
3、無功平衡問題。光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝適當(dāng)?shù)臒o功補(bǔ)償裝置后，能達(dá)到較高的電力功率因數(shù)，基本在0.98以上，接近純有功輸出。假如光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過逆變器并網(wǎng)升壓至10kV入網(wǎng)，要求系統(tǒng)入網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.92～0.98，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)按裝機(jī)容量的60%配置無功補(bǔ)償裝置[4]。
四、光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電量
并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量與太陽電池安裝朝向、太陽電池的溫升和通風(fēng)、當(dāng)?shù)靥栞椛淠芰?、太陽電池組件總功率、系統(tǒng)總效率等因素有關(guān)。
1、光伏電池安裝方向。光伏電池朝向不同其發(fā)電量也不同，對不同安裝方向的光伏電池的發(fā)電量進(jìn)行估算時(shí)可參照以下原則：安裝在向南傾斜緯度角的光伏電池發(fā)電量最高，安裝在其他方向的光伏電池發(fā)電量均照其有不同程度減少。
2、光伏電池的溫升。美國太陽能學(xué)會通過研究表明由晶體硅構(gòu)成的光伏電池，在超過27℃時(shí)，每升高1℃，功率便會損失5%。因此光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏電池的安置需考慮通風(fēng)問題，避免因溫度過高導(dǎo)致發(fā)電功率降低。
3、輻射量。由于太陽光子分布不確定性，導(dǎo)致在不同時(shí)段，光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池組的太陽輻射量不同。應(yīng)根據(jù)光伏電池組的傾斜面角度參照氣象臺提供的水平面上的太陽輻射量進(jìn)行估算。
4、光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)實(shí)際輸送給電網(wǎng)的發(fā)電量與系統(tǒng)理論發(fā)電量之比稱為系統(tǒng)的效率。其由光伏電池組效率、逆變器的效率、入網(wǎng)傳輸效率三部分組成。
(1)光伏電池組效率。光伏電池組在1kW/m2光輻強(qiáng)度下，直流實(shí)際輸出功率與理論輸出功率之比。光伏電池組在能量轉(zhuǎn)換與傳輸過程中的損失主要受光伏電池組串并聯(lián)損耗、溫度、連接電纜線損等影響。其中光伏電池組串并聯(lián)損耗約為4%，連接電纜線損約為3%，光伏電池對太陽光反射損耗約為6%;(2)逆變器的轉(zhuǎn)換效率。即交流輸出功率與直流輸入功率之比，約為90%;(3)入網(wǎng)傳輸效率。入網(wǎng)傳輸效率指系統(tǒng)輸送至電網(wǎng)的傳輸效率，主要受升壓變壓器性能影響。
五、結(jié)語
在資源越來越緊缺的今天，利用太陽能進(jìn)行發(fā)電無疑能緩解資源緊缺的壓力，隨著光伏發(fā)電技術(shù)愈發(fā)成熟，掌握光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中一些必要的知識，能夠保證其可行性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)更有助于人類的可持續(xù)發(fā)展。
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