分布式并网光伏发电站系统设计分析

刘洋

【摘 要】在改革开放的新时期，我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，人们的生活质量在不断的提高，电能已经成为维持社会正常运行的重要能源，但是传统的发电方式会对自然环境造成不同程度的污染，严重影响到人们的生存环境。因此，必须加快推动清洁能源的发展，光伏发电就是一种无污染的清洁能源，并且其所利用太阳能是用之不竭的能源。为了对光伏发电进行充分的利用，就需要将光伏发电站所生产的电能有效的并入当地电网中，因此，需要对光伏发电站系统进行深入的分析研究，并结合当地电网的实际情况，进行有针对性的科学合理设计，进而确保光伏发电系统的高效运行，为社会经济的可持续发展提供可靠保障。

【关键词】分布式;并网;光伏;发电站

引言

光伏发电是应用最广泛的新能源发电之一。光伏发电系统是依据光电效应原理，光伏发电系统中光伏组件将太阳能转化为电能并通过逆变器进行整流逆变，然后接入负荷或电网。在光伏发电系统中，太阳能电池阵列是整个系统能源的来源，控制器是整个系统的核心部件之一，蓄电池用于存储电能并在无光照情况下向负载供电，逆变器用于将直流电变换为交流电。光伏电池板的输出是非线性的，在某些情况下表现出恒压源特性，某些情况下表现出恒流源特性。例如，当光伏电池输出电压较小时，输出电流的变化跟随电压的变化幅度很小，光伏电池可看似为恒流源;当光伏电池输出电压超过一定的临界值时，光伏电池输出电流急剧下降，光伏电池可看似为恒压源。所以，光伏电池的特性受到日照强度和电池温度的影响，且在一定的电池温度和日照强度下有唯一的最大输出功率点。

1光伏并网发电系统基本原理

光伏并网发电系统主要设备包括：光伏电池组件、逆变装置和控制装置。光伏电池组件将光能转换的直流电能，先通过DC/DC变换器将低压直流转换为高压直流，再通过DC/AC逆变器对高压直流逆变成用户所需的交流电。控制系統通过PWM驱动信号控制DC/DC变换器使系统保持最大功率运行。通过与单级式光伏发电系统的性能比较，两级式光伏发电系相对单级式光伏发电系统的区别是多了一个DC/DC变换环节，通过MPPT控制逆变过程保持最大功率运行，虽然多了一个DC/DC变换环节会使得能量转换效率有所下降，但它的PV输入范围一般比单级式要宽，因此控制也较简单，两级式发电系统一般在中大功率的发电系统中适用较多，而小功率的组串式光伏发电系统则一般都是带单级式光伏发电系统以保证发电效率。

2光伏发电站系统配置

2.1光伏组件选型

电池组件是光伏发电系统的重要组成部分，也是将光能转换成电能的基本组成单元，当前的光伏电池主要有：多晶体硅电池、单晶硅电池、薄膜电池以及聚光电池等。在光伏电池的选择中要充分考虑到电能转换效率和成本两个方面，不同的光伏电池具有不同的优点，由于单晶硅和多晶硅电池的制造技术相对成熟、产品的性能比较稳定、使用寿命长以及光电转化效率较高等，被广泛的应用于并网光伏发电站中。多晶硅太阳能电池的功率规格较多，由5～300Wp在当前国内具有生产厂商，在工程实际订货中需要综合考虑组件效率、技术成熟性、市场占有率，以及采购订货时的可选择余地。

2.2光伏系统运行方式设计

光伏发电系统分为离网型和并网型两类，与公共电网相连的为并网型光伏发电系统，而独立运行不与公共电网相连的为离网型。离网型系统多建设在远离公共电网的偏远地区，对储能系统的要求高。并网型系统多建在离公共电网近的区域，可以将光伏电能并入大电网或者从电网获取电能，对储能系统的依赖低。该系统采用并网型光伏发电系统，具体工作模式如下。（1）白天通过太阳能电池板发电，供应教学楼的用电需求，当供电充裕时，向蓄电池组充电;若蓄电池组充满，这将多余的电能送至电网。在光照不足或雨雪天气，由蓄电池组供应电能，不足的部分由电网供电。（2）夜间太阳能电池板无法工作，由蓄电池组供应电能，不足的部分由电网供电。

2.3运行控制技术

目前我国分布式光伏并网发电系统的运行模式主要有如下两种，一是上级调控监控中心的控制，二是系统智能化控制。运行控制技术在发的系统发电过程中的应用主要是采用实时动态性采集系统运转所处环境温度、辐射强度、交流输出电压及电流等指标，当被采集的数据与电脑系统输出功率相关规定相符时，提示光伏发电系统可依照效率最高的原则，自行在恒压恒功率恒电流及最大功率为点追踪模式中作出最有利选择。在恒压运行模式下，逆变器中的直流母线电压指标不变，电压值是开路电压的70.0%左右;而在恒功率运行模式下，技术人员可结合需求，连续调整指标。并网结合电力系统相关命令，进行规范性的发电作业;在恒流工运行模式下，并网发电目标的实现是以恒定交流电流为基础，此时逆变器电流指标高低也能被连续调控，在最大功率位点追踪运行模式，逆变器不仅能达到对太阳能电池板发电电压的动态性监测，还可实现对电流电压指标的全程追踪，保证不同时间点并网发电作业的连贯性、有效性。

2.4直流汇流系统的选择

（1）汇流箱根据极限高温可以知道太能电池板的最大短路电流为8.79A，当选用16进1出类型的汇流箱时，其最大的输出电流高达140.64A，因此在进行选择时，要确保所选择的汇流箱每路电流不得小于10A，总输出采用160A的断路器。（2）直流柜直流柜的选型要充分参考逆变器的型号，进而确保能够与其进行有效的配合，针对不同功率的逆变器选择相应的直流柜。例如，对于500kW的逆变器而言，其接入的总串数为95，那么接入295Wp极板的数量为1710个，那么接入的汇流箱数量不得少于6个，因此，直流配电柜的配置为6×160A路输入。

2.5写字楼用电负荷分析

写字楼负荷可概括为5类，照明、电脑、加热、空调、其他设备等。每个办公室有10个40W的电灯，每日工作14h;有32台120W的电脑，每日工作8h;每个楼层2台5kW加热水器，每日工作4h;每个办公室有1台2kW，在夏季6～8月每日工作10h;其他设备3kW，每日工作2h。每层楼总计40个办公室，总共6层楼。该光伏发电系统用于办公楼的日常照明用电，最大负荷为96kW，日最大用电量为1152kWh。这里我们选择90kW负荷、日均用电量900kWh作为发电的基础数据。

结语

总而言之，分布式并网光伏发电站系统设计是一项综合性系统的工作，需要设计者对涉及到的影响因素进行统筹规划合理安排，进而进行有针对性的设计，为光伏发电系统的高效运行提供可靠保障。笔者通过对光伏发电系统特征进行了一定的分析研究，在此基础上，提出具有一定针对性的光伏发电站系统配置，对于从事相关工作的技术人员具有一定的借鉴意义。

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（作者单位：国网内蒙古东部电力综合能源服务有限公司）