探討太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

涂俊夫

摘 要：在全球經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，全球環(huán)境污染和能源短缺等生態(tài)問題日益凸顯，而太陽能作為目前世界上來源廣、污染少的新型可再生的能源之一，已得到了廣泛的運(yùn)用，其中光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的太陽能發(fā)電的運(yùn)用最為常見。文章將對太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行分析研究，主要從該系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計(jì)、以及運(yùn)用過程中需要考慮的問題方面進(jìn)行分析闡述。并對光伏系統(tǒng)工程中各部分的發(fā)電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的可行性提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽能 光伏發(fā)電并網(wǎng) 系統(tǒng) 應(yīng)用

太陽能的可再生性、清潔性，使其擁有廣泛的發(fā)展前景，在社會生活的方方面面的應(yīng)用廣泛。尤其是太陽能電池板、太陽能電池都在多個(gè)領(lǐng)域中廣泛使用。這類太陽能產(chǎn)品的集成性、獨(dú)立性較高，像太陽能路燈、家電等，因此這些產(chǎn)品中的大多使用的是直流負(fù)載獨(dú)立的供電方式。太陽能光伏系統(tǒng)的類型逐漸增多，并更趨成熟，其應(yīng)用的方式也更加豐富，因此運(yùn)用光伏并網(wǎng)技術(shù)的太陽能發(fā)電已成為當(dāng)前發(fā)展最為迅速、運(yùn)用領(lǐng)域最為廣泛的光伏新能源應(yīng)用技術(shù)。

1、太陽能光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)

太陽能光伏系統(tǒng)主要有獨(dú)立系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)三個(gè)部分組成。而依據(jù)光伏系統(tǒng)的運(yùn)用形式、規(guī)模以及負(fù)載的類別，又可以分為6種，即小型太陽能供電系統(tǒng)、簡單直流系統(tǒng)、交直流供電系統(tǒng)、并網(wǎng)系統(tǒng)、混合供電系統(tǒng)以及并網(wǎng)混合系統(tǒng)。下面將對其中的井網(wǎng)系統(tǒng)和并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)進(jìn)行簡單的介紹。

1.1并網(wǎng)系統(tǒng)

太陽能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作特征主要是太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電通過網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)化成為適合電網(wǎng)要求的交流電網(wǎng)之后，直接進(jìn)入公共電網(wǎng)，光伏電池方陣所產(chǎn)生的電力不僅要負(fù)責(zé)交流負(fù)載，剩下的還要返還給電網(wǎng)。這樣，在陰天下雨時(shí)，太陽能電池設(shè)備沒有生成電能或器生成的電能不能負(fù)擔(dān)起所有的用電負(fù)荷，電網(wǎng)就開始供電。因?yàn)樘柲馨l(fā)電可以直接進(jìn)入整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，不用安裝蓄電池，，也就沒有了蓄電池儲能和釋放這一環(huán)節(jié)，避免了能量的不必要消耗，極大的減少了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營成本。但是在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中就要有專門的并網(wǎng)逆變器，來確保輸出的電能達(dá)到相應(yīng)的需求。這樣就會損失掉部分的能量。這種系統(tǒng)與公用的電網(wǎng)和太陽能電池組件陣列共同作為交流負(fù)載的電源，降低了整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載卻電流，并且并網(wǎng)光伏系統(tǒng)可以對公共的電網(wǎng)有著調(diào)峰的作用。但是這個(gè)系統(tǒng)屬于一種分散式的發(fā)電系統(tǒng)，會影響到電網(wǎng)的順暢運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)給予一定的重視度。

1.2井網(wǎng)混合供電系統(tǒng)

在太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展的今天，在整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)中，逐漸產(chǎn)生了太陽光伏陣列、電網(wǎng)和備用油機(jī)的并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)。這一系統(tǒng)能夠當(dāng)做一個(gè)在線不間斷電源來促進(jìn)系統(tǒng)的負(fù)載供電保障率的提高。并網(wǎng)混合供電這一技術(shù)相對較為復(fù)雜，但是可以保證系統(tǒng)用電的穩(wěn)定性，在供電要求高、備用電源以及電網(wǎng)供應(yīng)不穩(wěn)定的情況下使用更加適合.這種并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)一般會使用控制器和逆變器共同作用，通過電腦芯片來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的全面控制，對各類能源進(jìn)行綜合運(yùn)用，來獲取最佳的工作狀態(tài)，并也能與蓄電池配合使用。在并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)中，當(dāng)出現(xiàn)本地的負(fù)載功耗低于某個(gè)范圍時(shí)，系統(tǒng)會對太陽電池多余的發(fā)電量或通過電網(wǎng)對蓄電池進(jìn)行充電，確保蓄電池的浮充，以備不時(shí)之需。如果供電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)就會自行斷開電網(wǎng)，進(jìn)行單獨(dú)工作，通過蓄電池或者是油機(jī)系統(tǒng)來供給負(fù)載所需要的交流電能。如果電網(wǎng)恢復(fù)了正常，這一系統(tǒng)就會再次進(jìn)入并網(wǎng)模式，有電網(wǎng)繼續(xù)完成供電工作。

2、太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)組成

2.1子系統(tǒng)的構(gòu)成

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)都是相對獨(dú)立的，均是由光伏子系統(tǒng)、直流監(jiān)測配電系統(tǒng)以及并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)等構(gòu)成，將各個(gè)子系統(tǒng)的進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，再進(jìn)行380V三相交流電接至升壓變，最后進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)。

2.2主設(shè)備選型

在大多數(shù)情況下，單臺逆變器的容量越大，單位造價(jià)就會相對較低，但是當(dāng)單臺逆變器容量過大時(shí)，一旦出現(xiàn)故障就會對整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生重大的影響，因此需要依據(jù)光伏組件安裝場地的真實(shí)狀況，選取適合額定電量的并網(wǎng)型逆變器。在當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)的并網(wǎng)逆變器單臺容量最大可以達(dá)到500kVA，但是100kVA及以上的產(chǎn)品的運(yùn)行不足。為確保光伏發(fā)電場能夠穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，并網(wǎng)型逆變器能通過分散成組相對獨(dú)立并網(wǎng)的方式，這就能夠促進(jìn)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的順暢運(yùn)營。

并網(wǎng)型逆變器需要過、欠電壓，過、欠頻率，進(jìn)行短路保護(hù)，防孤島效應(yīng)，逆向功率保護(hù)等保護(hù)方式。每個(gè)逆變器都需要連接到多個(gè)串光伏電池組件，而這些電池組件可以利用直流監(jiān)測配電箱連接到逆變器。直流監(jiān)測配電箱內(nèi)部安裝的有組串電流監(jiān)測單元，能夠起到對各組串電流的監(jiān)測作用，還能運(yùn)用數(shù)據(jù)格式將整個(gè)電流監(jiān)測信息傳送到逆變器控制器中。

2.3 10kV升壓系統(tǒng)電氣部分

10kV升壓變電站的升壓變壓器額定容量、電壓比、低壓進(jìn)線回?cái)?shù)以及電容器都需要依據(jù)發(fā)電量的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行設(shè)計(jì)安排。電氣綜合室需要進(jìn)行分層布置，最底層主要是配電裝置室、電容器室，而上層則為逆變室，安裝有監(jiān)控屏和逆變器屏。在升壓變壓器上選擇的是箱型干式變壓器，容量依據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行變更；而低壓進(jìn)線柜選擇的是低壓抽出式開關(guān)柜；高壓出線柜則使用的是中置式空氣絕緣開關(guān)柜。

2.4防雷保護(hù)

升壓變電站一般處于室內(nèi)，因此為了使光伏電池組和升壓變電站的相關(guān)建筑設(shè)施在遭受直擊雷和感應(yīng)雷時(shí)得到相應(yīng)的保護(hù)，在光伏電池組件支架和升壓變電站的非導(dǎo)電體的頂部安裝環(huán)形避雷帶進(jìn)行防雷保護(hù)。為了確保相關(guān)人員的生命安全，所有的電氣設(shè)備都需要安裝接地裝置，電氣設(shè)備的外殼需要進(jìn)行接地保護(hù)。

3、運(yùn)用太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)需要注意的問題

3.1系統(tǒng)電壓的波動

太陽能光伏發(fā)電裝置的實(shí)際輸出功率會因?yàn)槿展獾膹?qiáng)度的變化而發(fā)生變化，在白天日照強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí)，其發(fā)電裝置會輸出最大功率的電能，而在夜幕降臨時(shí)，輸出的功率近乎為零。所以，除了系統(tǒng)中設(shè)備設(shè)施的故障因素外，發(fā)電裝置的輸出功率會因?yàn)楣庹?、氣候、季?jié)等自然因素而發(fā)生變化，輸出功率出現(xiàn)波動。

3.2諧波

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏組件來將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娔?，再?jīng)并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)變成為和電網(wǎng)有著同樣的頻率和相位的正弦波電流，與電網(wǎng)共同作用，然而再這一過程中，會有大量的諧波產(chǎn)生。依據(jù)我國標(biāo)準(zhǔn)的《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波（GB/T145-93）》中對于公用電網(wǎng)諧波電壓值的相關(guān)規(guī)定，見表1，可以對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波的危害進(jìn)行相關(guān)的評估。

再進(jìn)入到公共聯(lián)接點(diǎn)的諧波電流允許值的規(guī)定上，因?yàn)樘柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)的電壓不夠穩(wěn)定，實(shí)際進(jìn)入到公聯(lián)接點(diǎn)的諧波電流需要在發(fā)電裝置并網(wǎng)時(shí)依據(jù)相關(guān)的規(guī)定的測量方式來進(jìn)行測量。這樣，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際進(jìn)入到電網(wǎng)時(shí)需要對諧波電流進(jìn)行檢測，確保電流符合國家的標(biāo)準(zhǔn)，如果不符合，就要采取安裝濾波裝置等等措施。

4、結(jié)語

從以上對于太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)分析探討中，可以看出太陽能并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用在技術(shù)上是具有可行性，從經(jīng)濟(jì)的角度來說也是具有可行性的，對于社會環(huán)境的改善和社會的可持續(xù)發(fā)展有著巨大的影響，其推廣運(yùn)用能夠極大的促進(jìn)人類社會的長遠(yuǎn)發(fā)展。

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