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并网光伏发电系统电气系统简介

2017-11-19

1、光伏发电系统背景

2013年7月4日国务院颁发《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,意见中明确指出未来发展光伏产业的重要性。光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向,是具有巨大发展潜力的朝阳产业,也是我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。我国光伏产业当前遇到的问题和困难,既是对产业发展的挑战,也是促进产业调整升级的契机,特别是光伏发电成本大幅下降,为扩大国内市场提供了有利条件。要坚定信心,抓住机遇,开拓创新,毫不动摇地推进光伏产业持续健康发展。

2、光伏发电系统组成

太阳能光伏发电系统主要由太阳能光伏电池组,光伏系统电池控制器,逆变器,汇流箱和交直流逆变器是其主要部件。其中的核心元件是光伏电池组和控制器。各部件在系统中的作用是:

(1)光伏电池:光电转换。

(2)控制器:作用于整个系统的过程控制。光伏发电系统中使用的控制器类型很多,如2点式控制器,多路顺序控制器、智能控制器、大功率跟踪充电控制器等,我国目前使用的大都是简单设计的控制器,智能型控制器仅用于通信系统和较大型的光伏电站。

(3)逆变器:将光伏组件发出的直流电转化成交流电。

(4)汇流箱:将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来,组成一个个光伏串列,然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流防雷箱,在光伏防雷汇流箱内汇流后,通过控制器,直流配电柜,光伏逆变器,交流配电柜,配套使用从而构成完整的光伏发电系统,实现与市电并网。

(5)交直流逆变器:由于它的功能是交直流转换,因此这个部件最重要的指标是可靠性和转换效率。并网逆变器采用最大功率跟踪技术,最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。

3.3光伏阵列倾角、阴影遮挡设计

光伏方阵阴影遮挡设计:光伏方阵与障碍物的距离,一般的确定原则:冬至当天早9:00至下午3:00之间,光伏电池组件方阵不应被阴影遮挡。

计算: 障碍物有效遮挡高度H形成的阴影长度d:

QQ截图20140623183121
当前排为高度H的障碍物,则方阵保持的最小距离按上式计算;

当前排为为光伏方阵时,距离D计算:

QQ截图20140623183219
我国部分地区并网电站最佳倾角

3.3 光伏组串设计

光伏组串数与逆变器直流电压、温度、系统损耗压降因素相关。

光伏组件:Uoc、Ump

光伏逆变器:MPPT范围Ump1~Ump2、工作电压范围U1~U2

QQ截图20140623183538
线路系统损耗评估:≤3%(满发);逆变器工作性能评估:效率、可靠性、裕量;环境因素(温度)评估:组件电压温度系数β

光伏组件温度T与环境温度Tair,工程上经验公式

QQ截图20140623183645
S—光照强度

K—系数,与组件支架有关,常见的类型通常取0.03

3.3.3 系统配置设计

光伏阵列组串串联数设计好后,其并联数取决于设计容量

光伏阵列容量配置考虑以下因素:额定最佳电流、短路电流、额定最佳功率。

电站容量需求、高配、低配→电站逆变器数量;

逆变器工作性能:电流、功率;

环境因素(温度)评估:电流、功率温度系数;

系统配置需求:并联数→汇流箱;汇流箱→直流配电柜

3.3.3.1 汇流箱选型

(一)汇流箱作用:

汇流、节约电缆; 防止感应雷;防止过电流和逆流; 监控和实时报警

使用环境基本要求:

环境温度:-25~+55℃

海拔高度:有可能超过2000m

严寒酷暑、日晒雨淋,有风沙、易雷击

一般≥IP54,阳光照射户外环境

电性能基本要求:

额定电压:DC 1000V

额定电流:1A至250A(汇流箱)

负载特性:近视阻性

电气间隙≥14mm,爬电距离≥25mm

汇流铜排电流密度选型1~1.5A/mm²

汇流箱构成:

支路熔断器;支路防反二极管;输出开关;防雷器;智能检测单元(含配套电源);箱体插件

组合分类

路数:6路、8路、12路、16路、24路

防反功能:有、无

智能型:含/无监测通讯功能

3.3.3.2 直流配电柜选型

直流配电柜的电路拓扑≈功率等级更大的汇流箱

配置的汇流箱→直流配电柜的输入作用和功能等同汇流箱,区别在于功率等级和使用场合

3.3.3 汇流配电设备问题

1)故障频繁的根本原因

个别光伏直流汇流、配电设备设计存在缺陷; 对光伏直流系统的基本要求没有理解; 现有国内外元器件生产企业对急速增长的光伏直流市场需求估计不足,匆忙上马,未经验证产品运用现场;直流产品使用场合、使用环境不明确,降本选型不合理。

2)故障案例分析

控制板输入端高压电气间隙爬电距离不足引起燃烧;不合理的结构分布造成短路烧坏;熔丝质量问题:熔丝分断过载电流时,炸裂;熔体与底座配合性(接触电阻过大);安装问题:现场防护门不安装;现场进线安装不规范:IP达不到要求;电气间隙爬电距离不够;断路器相间隔板未安装;断路器距外壳过近,飞弧距离不够;汇流排采用铝排,运行箱体整体温度过高,建议采纳TMY或TMR紫铜排;外壳防护涂层质量问题。

汇流箱(柜)故障频发

3.4 光伏逆变器系统选型设计

光伏逆变器选型: 稳定可靠; 高转换效率; 性能优越; 监控、维护方便。

系统选型配置: 装机容量系统配置;逆变器参数; 光伏直流方阵设计;使用条件。

3.5 光伏交流系统设计

0.4kV并网发电系统:配电网接入;逆流控制; 多为分布式发电;自发自用。

10kV及以上并网系统:中大型电站;大多接入输电网; 常以1MW为基本发电单

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