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(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)越來(lái)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(wèn)題，最后對(duì)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。其中光伏板組件主要由太陽(yáng)電池構(gòu)成，這種由半導(dǎo)體材料組成的太陽(yáng)電池可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)又可以把太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)越來(lái)越成熟可靠，太陽(yáng)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(cè)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(duì)獨(dú)立，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)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(tái)逆變器的容量越大，單位造價(jià)相對(duì)越低，但容量越大，一旦發(fā)生故障，對(duì)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(guò)電壓、過(guò)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(guò)直流配電監(jiān)測(cè)裝置連接逆變器，直流配電監(jiān)測(cè)裝置能夠監(jiān)測(cè)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(kāi)關(guān)柜。另外用來(lái)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(guò)分析這些信息來(lái)控制升壓變壓器并網(wǎng)開(kāi)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(duì)多臺(tái)逆變器的投切進(jìn)行控制，對(duì)逆變器負(fù)載均分，達(dá)到降低逆變器低載損耗以及延長(zhǎng)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(kāi)關(guān)柜安裝有測(cè)控保護(hù)裝置，可以對(duì)過(guò)電流、過(guò)電壓進(jìn)行保護(hù);并網(wǎng)以及電容器開(kāi)關(guān)柜也裝有測(cè)控保護(hù)裝置，可以對(duì)電壓過(guò)高或不足、頻率過(guò)高或過(guò)低進(jìn)行保護(hù);低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)設(shè)有過(guò)流跳閘功能。一旦發(fā)生極性反接、孤島效應(yīng)、負(fù)載過(guò)重等問(wèn)題，逆變器能自動(dòng)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(wèn)題
1、電壓波動(dòng)問(wèn)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(huì)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(guò)程中，需考慮瞬間從電網(wǎng)中脫離對(duì)系統(tǒng)電壓的影響。
2、諧波問(wèn)題。光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池負(fù)責(zé)把太陽(yáng)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(huì)在直流電逆變成交流電的過(guò)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(guò)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(guò)并網(wǎng)逆變器后，電壓畸變率為3.3%～4.1%，基本滿足國(guó)家對(duì)電網(wǎng)電壓諧波畸變率4.0%的要求。但升壓并入電網(wǎng)過(guò)程中與電網(wǎng)測(cè)接入點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生背景諧波疊加，可能超過(guò)國(guó)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(cè)。
3、無(wú)功平衡問(wèn)題。光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝適當(dāng)?shù)臒o(wú)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(guò)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(wú)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(yáng)電池安裝朝向、太陽(yáng)電池的溫升和通風(fēng)、當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射能量、太陽(yáng)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(duì)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(guó)太陽(yáng)能學(xué)會(huì)通過(guò)研究表明由晶體硅構(gòu)成的光伏電池，在超過(guò)27℃時(shí)，每升高1℃，功率便會(huì)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(wèn)題，避免因溫度過(guò)高導(dǎo)致發(fā)電功率降低。
3、輻射量。由于太陽(yáng)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(yáng)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(tái)提供的水平面上的太陽(yáng)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(guò)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(duì)太陽(yáng)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(yǔ)
在資源越來(lái)越緊缺的今天，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電無(wú)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(shí)，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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