太阳能光伏发电并网技术的应用

庄子乔

摘 要：在全球经济技术不断发展的同时，全球环境污染和能源短缺等生态问题日益凸显，而太阳能作为目前世界上来源广、污染少的新型可再生的能源之一，已得到了广泛的运用，其中光伏发电并网技术的太阳能发电的运用最为常见。文章将对太阳能光伏发电并网技术进行分析研究，主要从该系统技术的设计、以及运用过程中需要考虑的问题方面进行分析阐述。并对光伏系统工程中各部分的发电量进行统计分析，为太阳能并网发电技术的可行性提供依据。

关键词：太阳能；光伏发电并网；系统；应用

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0049-02

太阳能的可再生性、清洁性，使其拥有广泛的发展前景，在社会生活的方方面面的应用广泛。尤其是太阳能电池板、太阳能电池都在多个领域中广泛使用。

这类太阳能产品的集成性、独立性较高，像太阳能路灯、家电等，因此这些产品中的大多使用的是直流负载独立的供电方式。

太阳能光伏系统的类型逐渐增多，并更趋成熟，其应用的方式也更加丰富，因此运用光伏并网技术的太阳能发电已成为当前发展最为迅速、运用领域最为广泛的光伏新能源应用技术。

1 太阳能光伏系统并网技术

太阳能光伏系统主要有独立系统、并网系统以及混合系统三个部分组成。而依据光伏系统的运用形式、规模以及负载的类别，又可以分为6种，即小型太阳能供电系统、简单直流系统、交直流供电系统、并网系统、混合供电系统以及并网混合系统。

下面将对其中的井网系统和并网混合供电系统进行简单的介绍。

1.1 并网系统

太阳能光伏并网系统的工作特征主要是太阳能电池组件产生的直流电通过网逆变器转化成为适合电网要求的交流电网之后，直接进入公共电网，光伏电池方阵所产生的电力不仅要负责交流负载，剩下的还要返还给电网。这样，在阴天下雨时，太阳能电池设备没有生成电能或器生成的电能不能负担起所有的用电负荷，电网就开始供电。因为太阳能发电可以直接进入整个供电网络，不用安装蓄电池，，也就没有了蓄电池储能和释放这一环节，避免了能量的不必要消耗，极大的减少了整个系统的运营成本。但是在整个系统运行中就要有专门的并网逆变器，来确保输出的电能达到相应的需求。这样就会损失掉部分的能量。这种系统与公用的电网和太阳能电池组件阵列共同作为交流负载的电源，降低了整个系统的负载却电流，并且并网光伏系统可以对公共的电网有着调峰的作用。但是这个系统属于一种分散式的发电系统，会影响到电网的顺畅运行，应当给予一定的重视度。

1.2 井网混合供电系统

在太阳能光伏产业的不断发展的今天，在整个并网系统中，逐渐产生了太阳光伏阵列、电网和备用油机的并网混合供电系统。这一系统能够当做一个在线不间断电源来促进系统的负载供电保障率的提高。并网混合供电这一技术相对较为复杂，但是可以保证系统用电的稳定性，在供电要求高、备用电源以及电网供应不稳定的情况下使用更加适合.

这种并网混合供电系统一般会使用控制器和逆变器共同作用，通过电脑芯片来实现对整个系统的全面控制，对各类能源进行综合运用，来获取最佳的工作状态，并也能与蓄电池配合使用。

在并网混合供电系统中，当出现本地的负载功耗低于某个范围时，系统会对太阳电池多余的发电量或通过电网对蓄电池进行充电，确保蓄电池的浮充，以备不时之需。如果供电网络出现故障，系统就会自行断开电网，进行单独工作，通过蓄电池或者是油机系统来供给负载所需要的交流电能。如果电网恢复了正常，这一系统就会再次进入并网模式，有电网继续完成供电工作。

2 太阳能光伏发电并网技术系统的设计组成

2.1 子系统的构成

太阳能光伏发电系统的各个子系统都是相对独立的，均是由光伏子系统、直流监测配电系统以及并网逆变器系统等构成，将各个子系统的进行有机结合后，再进行380 V三相交流电接至升压变，最后进入供电网络。

2.2 主设备选型

在大多数情况下，单台逆变器的容量越大，单位造价就会相对较低，但是当单台逆变器容量过大时，一旦出现故障就会对整个电网系统产生重大的影响，因此需要依据光伏组件安装场地的真实状况，选取适合额定电量的并网型逆变器。在当前国内生产的并网逆变器单台容量最大可以达到500 kVA，但是100 kVA及以上的产品的运行不足。为确保光伏发电场能够稳定、经济的运行，并网型逆变器能通过分散成组相对独立并网的方式，这就能够促进整个光伏发电系统的顺畅运营。

并网型逆变器需要过、欠电压，过、欠频率，进行短路保护，防孤岛效应，逆向功率保护等保护方式。每个逆变器都需要连接到多个串光伏电池组件，而这些电池组件可以利用直流监测配电箱连接到逆变器。直流监测配电箱内部安装的有组串电流监测单元，能够起到对各组串电流的监测作用，还能运用数据格式将整个电流监测信息传送到逆变器控制器中。

2.3 10 kV升压系统电气部分

10 kV升压变电站的升压变压器额定容量、电压比、低压进线回数以及电容器都需要依据发电量的设计情况进行设计安排。

电气综合室需要进行分层布置，最底层主要是配电装置室、电容器室，而上层则为逆变室，安装有监控屏和逆变器屏。

在升压变压器上选择的是箱型干式变压器，容量依据相关设计进行变更；而低压进线柜选择的是低压抽出式开关柜；高压出线柜则使用的是中置式空气绝缘开关柜。

2.4 防雷保护

升压变电站一般处于室内，因此为了使光伏电池组和升压变电站的相关建筑设施在遭受直击雷和感应雷时得到相应的保护，在光伏电池组件支架和升压变电站的非导电体的顶部安装环形避雷带进行防雷保护。为了确保相关人员的生命安全，所有的电气设备都需要安装接地装置，电气设备的外壳需要进行接地保护。太阳能光伏发电并网技术系统设计的组成部分，如图1所示。

图1 太阳能光伏电并网技术系统的构成图

3 太阳能光伏发电并网技术系统的应用

光伏并网发电系统主要由太阳能组件方阵和并网逆变器两部分组成。太阳能组件将光能转化为直流电能，并网逆变器将直流电能逆变成交流电能供负载使用或传输到电网。白天有日照时，太阳能组件方阵发出的直流电经过并网逆变器转换成交流电供给负载使用或传输到公共电网。当光照不足或电网异常时，系统自动停止运行。同时不断检测电网和光照条件，当光照充足且电网正常时，系统再次并网运行。本工程所建设的光伏发电系统采用分块发电逆变，集中升压并网模式。本项目光伏并网发电原理图示意，如图2所示。

图2 光伏并网发电原理图

3.1 逆变器升压变压器的方案选择

合理的逆变器配置方案和合理的电气一次主接线对于提高太阳能光伏系统发电效率，减少运行损耗，降低光伏并网电厂运营费用以及缩短电厂建设周期和经济成本的回收期具有重要的意义，合理的电气一次主接线可以简化保护配置、减少线路损耗、提高运行可靠性。同时合理的配置方案和合理的电气一次主接线对于我国大规模的光伏并网电厂（30 MW以上）建设具有一定的示范意义。

方案一：由于厂区面积大，采用各建筑就近单独设置逆变区（逆变器均带隔离变），汇总后，再进行二次升压至10 kV。

方案二：采用各建筑就近单独设置逆变区（逆变器均不带隔离变） ，汇总后，再进行升压至10 kV。

方案比较：方案一逆变器带隔离变，经升压后汇总，再进行二次升压，减少了汇总过程的线损，但是整个系统经过了两次升压过程，多了一次变压损耗，而且增加了隔离变的投资。方案二逆变器不带隔离变，直接汇总后升压，多了一定的线损，少了一次变压损耗，而且减少了隔离变的投资。

3.2 系统主要方案

拟利用工厂厂区的建筑屋面上沿屋面敷设光伏组件，通过对太阳能的综合利用，实现太阳能光伏发电应用，采用多晶硅组件和并网式逆变器，建设总容量为30 MWp以上规模光伏发电系统。采用分块发电、集中逆变，集中升压并网方案，每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列。太阳能电池阵列输入光伏方阵初级防雷汇流箱、直流配电柜后，通过光伏并网逆变器逆变输出低压交流电，通过10 kV升压变升压后并入电网。

根据不同建筑屋面大小布置电池组件，直流汇流箱采用10进1出，然后接入直流配电柜和逆变器。采用光伏发电设备集中控制方式，在集中控制室实现对光伏设备及电气设备的集中控制和数据检测。

光伏电站内配置电流速断/过流保护。在集中控制室屋顶安装一套太阳能发电环境监测系统，主要监测的参数有：风速、风向、环境温度、太阳能电池温度、太阳总辐射等。

4 运用太阳能光伏发电并网技术时需要注意的问题

4.1 系统电压的波动

太阳能光伏发电装置的实际输出功率会因为日光的强度的变化而发生变化，在白天日照强度较强时，其发电装置会输出最大功率的电能，而在夜幕降临时，输出的功率近乎为零。所以，除了系统中设备设施的故障因素外，发电装置的输出功率会因为光照、气候、季节等自然因素而发生变化，输出功率出现波动。

4.2 谐 波

太阳能光伏发电系统是利用光伏组件来将太阳能转变为直流电能，再经并网型逆变器将直流电能转变成为和电网有着同样的频率和相位的正弦波电流，与电网共同作用，然而再这一过程中，会有大量的谐波产生。依据我国标准的《电能质量 公用电网谐波（GB/T 145-93）》中对于公用电网谐波电压值的相关规定，见表1，可以对太阳能光伏发电系统产生的谐波的危害进行相关的评估。

再进入到公共联接点的谐波电流允许值的规定上，因为太阳能光伏发电系统的电压不够稳定，实际进入到公联接点的谐波电流需要在发电装置并网时依据相关的规定的测量方式来进行测量。这样，太阳能光伏发电系统在实际进入到电网时需要对谐波电流进行检测，确保电流符合国家的标准，如果不符合，就要采取安装滤波装置等等措施。

5 结 语

从以上对于太阳能光伏发电并网技术的相关分析探讨中，可以看出太阳能并网发电技术的应用在技术上是具有可行性，从经济的角度来说也是具有可行性的，对于社会环境的改善和社会的可持续发展有着巨大的影响，其推广运用能够极大的促进人类社会的长远发展。

参考文献：

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