光伏應用技術論文(2)
光伏應用技術論文篇二
光伏發電并網技術的應用
【摘 要】隨著太陽能光伏發電技術越來越成熟可靠，光伏發電并網技術已成為目前應用較為廣泛的新能源應用技術。本文首先從子系統組成、主設備選型、升壓系統、保護措施、防雷接地等方面介紹了光伏并網系統的設計方法，然后分析了采用光伏發電并網技術時應考慮的問題，最后對影響光伏發電并網系統的發電量的因素進行了闡述，確認了光伏發電并網技術的可行性。
【關鍵詞】光伏發電;逆變器;并網系統
一、引言
光伏的全稱是太陽能光伏發電系統。其中光伏板組件主要由太陽電池構成，這種由半導體材料組成的太陽電池可以將太陽能轉換成電能，而太陽能光伏發電系統又可以把太陽電池產生的直流電轉換為更為常用的交流電與電網耦合。
隨著太陽能光伏發電技術越來越成熟可靠，太陽能光伏發電系統運行方式也層出不窮，主要有獨立運行和并網運行兩種方式[1]。其中光伏發電并網技術已成為目前應用較為廣泛的新能源應用技術。
二、光伏系統并網技術的設計
1、子系統組成。光伏模塊子系統、直流配電監測系統和逆變器并網系統組成光伏發電系統[2]，子系統相對獨立，光伏發電系統通過并網逆變器把產生的380V三相交流電接至升壓變壓器，之后接入電網。
2、主設備選型。單臺逆變器的容量越大，單位造價相對越低，但容量越大，一旦發生故障，對整個系統產生的沖擊越大。所以在選擇并網逆變器時，需考慮光伏系統應用的實際情況，確定出額定容量適合的逆變器，并網型逆變器同時需有短路、過電壓、過頻率保護、欠電壓、頻率保護、逆向功率保護等功能。光伏電池組件通過直流配電監測裝置連接逆變器，直流配電監測裝置能夠監測各個光伏電池內的電流，可以將電流信息以數據形式發送給逆變器控制器。為保證光伏發電系統安全穩定運行，可以將并網逆變器分散成獨立并網的形式。
3、升壓系統。并網逆變器產生的380V交流電需要升壓入網，光伏發電系統的發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，上層作為設有逆變器監控屏的逆變室，下層為配電室[3]。高低壓進線柜分別選擇中置式空氣絕緣和低壓抽出式開關柜。另外用來監控升壓站工作狀況的計算機監控系統也是升壓變電站所必須的，系統監控各光伏電池發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，監控系統通過分析這些信息來控制升壓變壓器并網開關的投入量。監控系統可以讓多路逆變器在其內部群控器的控制下同步并列運行，群控器還可以對多臺逆變器的投切進行控制，對逆變器負載均分，達到降低逆變器低載損耗以及延長其使用壽命的目的。
4、保護措施。升壓變壓器裝有高溫跳閘保護裝置，其高壓和低壓開關柜安裝有測控保護裝置，可以對過電流、過電壓進行保護;并網以及電容器開關柜也裝有測控保護裝置，可以對電壓過高或不足、頻率過高或過低進行保護;低壓進線開關設有過流跳閘功能。一旦發生極性反接、孤島效應、負載過重等問題，逆變器能自動從系統中脫離。
5、防雷接地。在采用全戶內型的升壓變電站的屋頂和光伏電池組件上安裝設有獨立引下線的環形避雷帶可以有效避免雷電打擊。另外電氣設備需裝有接地裝置，設備外殼也需接地，以保證操作人員人身安全。
三、采用光伏發電并網技術應考慮的問題
1、電壓波動問題。光照強度影響著光伏發電裝置的輸出功率。光照強度受日照、季節、天氣等自然因素的影響會導致輸出功率不穩定。《電網若干技術原則的規定》中明確電壓允許偏差值范圍是-7%～+7%。在光伏發電系統應用過程中，需考慮瞬間從電網中脫離對系統電壓的影響。
2、諧波問題。光伏發電系統中光伏電池負責把太陽能轉化為電能，此時的電能為直流電，并網逆變器負責將其轉化為符合電網相頻的正弦波電流，但大量諧波會在直流電逆變成交流電的過程中產生。
光伏發電并網系統將光伏電池產生的直流電通過并網逆變器轉換為380V交流電，然后再升至10kV并入電網。大量資料表明，電壓通過并網逆變器后，電壓畸變率為3.3%～4.1%，基本滿足國家對電網電壓諧波畸變率4.0%的要求。但升壓并入電網過程中與電網測接入點會產生背景諧波疊加，可能超過國家規定畸變率，所以有必要在并入電網時進行實際檢測。
3、無功平衡問題。光伏發電系統在安裝適當的無功補償裝置后，能達到較高的電力功率因數，基本在0.98以上，接近純有功輸出。假如光伏發電系統經過逆變器并網升壓至10kV入網，要求系統入網側功率因數達到0.92～0.98，光伏發電系統應按裝機容量的60%配置無功補償裝置[4]。
四、光伏發電并網系統的發電量
并網光伏發電系統的發電量與太陽電池安裝朝向、太陽電池的溫升和通風、當地太陽輻射能量、太陽電池組件總功率、系統總效率等因素有關。
1、光伏電池安裝方向。光伏電池朝向不同其發電量也不同，對不同安裝方向的光伏電池的發電量進行估算時可參照以下原則：安裝在向南傾斜緯度角的光伏電池發電量最高，安裝在其他方向的光伏電池發電量均照其有不同程度減少。
2、光伏電池的溫升。美國太陽能學會通過研究表明由晶體硅構成的光伏電池，在超過27℃時，每升高1℃，功率便會損失5%。因此光伏發電并網系統中光伏電池的安置需考慮通風問題，避免因溫度過高導致發電功率降低。
3、輻射量。由于太陽光子分布不確定性，導致在不同時段，光伏發電系統的光伏電池組的太陽輻射量不同。應根據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行估算。
4、光伏發電并網系統的效率。系統實際輸送給電網的發電量與系統理論發電量之比稱為系統的效率。其由光伏電池組效率、逆變器的效率、入網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光輻強度下，直流實際輸出功率與理論輸出功率之比。光伏電池組在能量轉換與傳輸過程中的損失主要受光伏電池組串并聯損耗、溫度、連接電纜線損等影響。其中光伏電池組串并聯損耗約為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)入網傳輸效率。入網傳輸效率指系統輸送至電網的傳輸效率，主要受升壓變壓器性能影響。
五、結語
在資源越來越緊缺的今天，利用太陽能進行發電無疑能緩解資源緊缺的壓力，隨著光伏發電技術愈發成熟，掌握光伏發電并網技術應用中一些必要的知識，能夠保證其可行性和經濟性，同時光伏發電并網技術更有助于人類的可持續發展。
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