并网光伏发电系统设计

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并网光伏发电系统设计

王同柱

特变电工新疆新能源股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830011

摘要：近些年来，能源问题迫使世界各国对新能源开发和利用。太阳能因其自身的优势成为最有前途的一种新能源。将太阳能转换为电能越来越多的成为人们关注的焦点，只要成功，前途无量。但太阳能光伏发电仍旧存在着一些缺点，如成本高、能量转换率低，需要不断地改良，优化。对于光伏发电而言，并网模式是将其效率最大化最为理想的方式，因此要做好并网光伏发电系统的设计优化，才能满足电网对发电质量的要求，以及本身的安全运行。本文先对光伏发电进行了回顾，而后重点介绍了并网光伏发电系统，并提出了并网光伏发电系统设计的优化建议。 关键词：并网光伏发电；系统；设计 中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)48-0135-02

1 引言

光伏并网发电系统，朝向成熟化的方向发展，逐渐成为电网系统的重要组成部分。光伏并网发电系统内的关键技术，需要根据系统设计进行规划设计，以免影响并网的运行效率，同时还要落实安全保护技术，预防光伏并网发电系统的风险事故。完善关键技术在光伏并网中的应用，推进系统技术的应用，保障光伏并网发电系统的优质性。

2 光伏并网发电系统的设计

光伏并网发电系统，属于光伏发电系统的一个项目，通过逆变器接入到电网内，向电网提供交流电。并网光伏发电系统的结构构成如图 1所示，光伏电池阵列，用于收集太阳能，其可架设在高层建筑的顶部、地势开阔荒地、鱼塘以及农业大棚等；确保光伏并网发电系统具有充足的太阳能光源。DC/DC，为功率跟踪器，促使光伏并网发电系统内的功率能够保持在最佳状态，图1 是有蓄电池环节的系统，使光伏并网发电系统具有可调度的特点，完成电能储藏，同时也增加了DC/AC的工作负担。DC/AC是指光伏发电系统与电网系统相连接所用的逆变器，通过逆变器的转换光伏发电系统可以稳定地连接到电网系统内。大量分布式光伏发电系统接入到电网内，加快了电网智能化的建设进程，尤其是光伏并网发电系统的设计，拓宽了社会对太阳能资源的使用范围，缓解了传统电能的供应压力。

3 并网光伏发电的发展趋势

光伏并网技术相对太阳能应用来说,大量的应用文献资料表明光伏发电目前还处在初期阶段。从国家中长期发展规划可以预测到2030年光伏并网发电将成为可行的电力供应者,此后市场将继续全速增长。商业技术会进一步快速成熟,发电成本会继续降低。所以光伏发电将成为一个标准和公认的绿色环保新能源选择,它与其它可再生能源一起,将成为安全有力的新能源能源供应者,在需要的时间和地点支撑电网或单机模式的电力供应。

4 并网光伏发电系统组件的设计 4.1 纯正弦波同步并网送电

通过 DC/AC 电压型逆变器实现电流瞬时控制,将电流控制成 50Hz 正弦波, 自动与电网同步后送入电网。 以正弦波电流的方式并网送电不会对电网产生谐波干扰和过多的无功分量。

4.2 太阳能电池最大功率追踪技术

（1）单晶硅太阳能光伏电池 ：在硅系列电池中 ，单晶硅电池的转换效率最高， 技术也最为成熟， 其使用寿命也是最长的。 但受到电池材料价格及电池工艺的限制，单晶硅成本居高不下，就现在而言想要大幅度降低其成本是非常困难的。（2）多晶硅薄膜太阳能光伏电池：多晶硅薄膜电池相比于单晶硅电池所用单晶硅少很多，因此不存在效率衰退问题，由于可以在廉价衬底材料上制备，成本远低于单晶硅电池。（3）非晶硅薄膜太阳能光伏电池：非晶硅薄膜太阳能光伏电池因其资源丰富、制造过程简单并且成本低，便于大规模生产，但与硅晶体电池相比其能量转换率低，稳定性差。

4.3 反孤岛运行技术

并网发电运行时,电网因意外情况出现停电时,并网运行设备应该能够及时检测 出电网停电情况,并与电网解列,停止向电网送电,以保护人身和设备安全。

4.4 独立供电及自动同步并网运行技术

系统在电网停电时,可实现自动与电网解列,独立向重要负载 提供优质交流电能。在配备蓄电池后,本系统还可在夜间不间断地提供电能。在电网恢复供电时,通过 与电网电压同步,可在不影响给负载供电的情况下切换至并网发电运行方式。

5 光伏并网发电系统的工作原理 5.1 电路原理图

Boost 电路的原理图如图 3-1 所示。Boost 电路由开关管Q1，二极管 D，电感 L，电容 C 组成。Boost 电路的作用是将电压UPV升压到 Udc。，其中 UPV 是光伏阵列的输出电压，Udc是 Boost电路的输出电压。

5.2 工作过程

在每个斩波周期内，开关管Ql导通、关断各一次。开关管Q1导通时，等效电路如图3-2(a)所示，流过电感L的电流为，在电感未饱和前，电流线性增加，电能以磁能的形式储存在电感L中。此时，由于二极管阳极接在电源负极，二极管关断，电容C只能向电阻姓放电，提供电阻电流。当二极管关断时，其等效电路如图3-2(b)所示，由于流过电感的电流不能突变，电感L两端的电压极性改变，此时，电源和电感串联，向电容和电阻供电。简言之，开关管Q1导通时，二极管反偏，输出级隔离，由输入端向电感提供能量；开关管Q1断开时，输出级吸收来自电感和输入端的能量。根据上述分析，列出工作过程中的关系表达式如下：

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水利水电

直接由电池组件容量直接做决定，比如电池组件容量是150kW，选择时就直接选100kW，这样的话，实际上是对逆变器容量的变相损失，也使得系统总发电功率变低。①电池组件在1000W/m2辐照度，大气质量AM1.5，电池温度25℃的条件下，光伏组件达到最理想的功率；但在实际工程中，是极少有可能让电池组件达到这种理想的光照条件的；如果按照这种理想的条件，配置逆变器，就会造成逆变器绝大多数时间工作在较轻载的情况；②电池组件即使能够满功率输出，由于传输线缆的损耗，传输到逆变器的实际功率只能有约98%；③一般逆变器的标称功率是指其额定输出功率，其直流输入功率，一般是允许额定输出功率的110%。（2）光伏电池组件工作电压要符合逆变器MPPT工作电压，还应留意光伏电池组件最大开路电压不要超过逆变器最大直流电压，否则会有损逆变器。

6.2 辅助技术的优化

光伏发电站内最好配备一套环境监测仪， 这样能做到对日照强度、风向、风速、温度的实时监测。在运行过程中，电池组件很容易积灰，这样会在一定程度上影响发电效率。 定期对电池组件清理维护，保证电池组件的发电功率。

7 结束语

光伏发电是一种有效利用太阳能的方式之一，且以资源丰富、零排放、安全可靠、无噪、维护成本低等特点，已成为能源体系中不可或缺的一部分，目前并网光伏发电是光伏发电最主要的应用形式。光伏并网发电系统的构建，是建立在多项技术的基础上，其在电能供应中占有很重要的比重，提供优质的新能源。

参考文献

[1]胡建宏.光伏发电系统的计算机辅助设计[J].电子技术与软件工程,2015,14:175.

[2]郑俭华. 探究并网光伏发电系统的设计[J].通讯世界,2015,08:149-150.

（1）

式中， 为开关管的开关周期；D 为占空比；DTS为开关管的导通时间；1-DTS为开关管的截止时间。整理后得

（2）

5.3 工作原理

根据电感电流在周期开始是否从零开始，是否连续，可分为连续的工作状态或不连续的工作态两种模式。由于电路在断续工作时，电感电流的不连续意味着光伏阵列输出的电能在每个周期照约定来进行规范的操作。比如是否按照服务器的规定来使用或下载资源、是否有超量下载的现象以及在外私自设立对外的代理服务器等等。而高级要求指得是要求用户不能有损坏或破坏服务器的行为，不能对无误器的数字资源产生不良的企图，或者私自盗用他人的用户客户端进行商业竞争或用来攻击服务器等等。首先，就应该对服务器和用户客户端的双重礼仪进行分析。在服务器接受访问的过程中，用户决不能存在欺骗行为。而在服务器为用户提供服务时，必须要让用户获得效益。若在使用服务器的过程中，用户对服务器欺骗，那么就会使提供服务者和用户都得不到收益。因此，用户在使用服务器时不能对服务器进行欺骗。

6 光伏发电系统优化设计 6.1 优化太阳能光伏电池

在系统设计当中，有些工程师在选择逆变器时，通常会 （上接第 134 页） 的软件包括：操作系统、支撑软件和应用软件。操作系统位于系统的底层，中间是支撑软件，位于应用服务层，顶层是应用软件，位于应用层。

变电站综合自动化系统作为一种重要的现代化监测、控制、管理手段，被逐步提到应用领域。电力系统的使用单位可利用电力系统现有的网络资源，在监控中心和办公计算机上实现对所辖前端变电站的监控，大大减轻日常巡视人员的工作量，便于及时发现危险隐患，保障安全生产，为无人值守模式提供了完备、可靠的保障。

参考文献

[1]刘江. 变电站综合自动化系统的设计 [J]. 包头技术学院,2014,03:31-32+69.

[2]刘建荣. 220kV变电站综合自动化系统改造工程[D]. 华南理工大学,2014.

[3]黄必众. 变电站综合自动化中监控系统研究[D]. 华南理工大学,2014.

图2 层次模型图

5 结束语

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