太阳能支架则可能导致配电网的某些设利用率

　　光伏电站设计 ? 实例说明光伏电站的设计 ? 光伏并网对电网的影响 以敦煌某8MWp并网电站为例 一. 总体技术方案 “集中安装建设,多支路上网” ● 在电气线MWp分系统,分别发电上网; ● 1MWp分系统包括5个200kWp 的发电单元、一台1000kVA变压器; ● 每个发电单元由200kWp组件、200kVA并网逆变器组成,输出0.4kV三相交流电. 特点: ● 每个200kWp的发电单元即是一个低压并网光伏发电系统 * 直接并网给用户供电, * 经变压器升压后并入高压电网 ● 8个独立的1MWp并网光伏分系统之间没有任何电气联系. * 可分别实施工程建设及运行与维护管理; * 局部故障检修时不影响整个系统的运行. ● 可灵活地以各种“交钥匙工程”方式进行项目建设 : * 整体承包、分系统承包、单个发电单元分包等. ● 便于进行各种不同元器件设、不同技术设计的技术经济性能评估. * 国产设和进口设; * 晶体硅、非晶硅、及其他组件; * 不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等) 图1. 单个发电单元原理框图 200kWp方阵 接线kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 接线箱 接线箱 接线MWp并网光伏发电分系统原理框图 DC DC DC DC DC 200kVA AC SG-1 逆变器 200kVA AC SG-2 逆变器 200kVA AC SG-3 逆变器 200kVA AC SG-4 逆变器 200kVA AC SG-5 逆变器 0.4kV 低 压 配 电 柜 0.4kV/35kV 1000kVA 变压器 高 输出 压 35kV 合 闸 及 防 雷 35kV 电网 HV-G1 图3 8MWp并网光伏发电系统原理总框图 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 接线箱 接线箱 接线箱 接线箱 接线箱 DC DC DC DC DC 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 AC AC AC AC AC SG-1 SG-2 SG-3 SG-4 SG-5 0.4kV 低 压 配 电 柜 0.4kV/35kV 1000kVA 变压器 输出 35kV 高 压 合 闸 及 防 雷 35kV 电网 HV-G1 HV-G2 HV-G3 HV-G4 HV-G5 HV-G6 HV-G7 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 200kWp方阵 接线箱 接线箱 接线箱 接线箱 接线箱 DC DC DC DC DC 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 200kVA 逆变器 AC AC AC AC AC SG-36 SG-37 SG-38 SG-39 SG-40 0.4kV 低 压 配 电 柜 0.4kV/35kV 1000kVA 变压器 输出 35kV 高 压 合 闸 及 防 雷 HV-G8 二. 系统构成 ● 光伏阵列: 包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等)、接线箱、电缆电线等; ● 直流-交流逆变设: 包括直流屏、配电柜、并网逆变器等; ● 升压并网设施: 包括升压变压器、户外真空断路器、高压避雷器等; ● 控制检测系统: 包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设等; ● 附属设施: 防雷及接地装置、清洁设、房及办公室、围栏、通道及道路等. 三. 主要设及其主要技术要求 █ 太阳电池组件: ◆ 总容量8MWp.优选晶体硅组件.适量试用其他组件. █ 支承结构: ◆ 足够的强度;防腐蚀. █ 并网逆变器: ◆ 有功率跟踪(MPPT)功能;效率＞93％. █ 升压变压器: █ 控制检测及远程信息交换: ◆ 采集并记录运行数据，如气象资料、电性能参数、设工作状态等; ◆ 执行相关的控制操作,如切合逆变器的输出、太阳电池方阵的输出, ◆ 有自动跟踪时太阳电池方阵的跟踪控制等; ◆ 系统故障的自动保护功能,记录并保存故障信息,发送报警信号; ◆ 遥控、遥测等远程信息交换功能. █ 机房与办公室: █ 防雷及接地保护: ◆ 符合国家标准规定的技术要求; ◆ 直流侧与交流侧都需有接地保护; ◆ 有足够的防雷保护范围,并且不得遮挡光电场的太阳辐射. █ 场地道路: █ 防护围栏: ◆ 足够的高度和强度以满足防护要求; ◆ 距光伏方阵有一定的距离以免遮挡光电场的太阳辐射. 四. 发电量预测 1. 气象资料 表2. 敦煌地区太阳辐射数据表 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 合计 月辐射总量 2 (MJ/m ) 334.08 390.51 582.79 595.01 857.34 856.88 805.45 744.97 587.63 481.11 341.20 295.60 6882.57 月辐射总量 (kWh/m2) 8 92. 7 108.56 162.02 165.41 238.34 238.21 223.92 207.10 163.36 133.75 94.85 82.18 1910.57 日平均辐射量 (kWh/m2) 3.0 9 3.8 8 5.2 3 5.5 1 7.6 9 7.9 4 7.2 2 6.6 8 5.4 5 4.3 1 3.1 6 2.6 5 5.24 白天温 度(℃) 5.5 14. 1 24. 8 27. 5 35. 5 36. 5 39. 7 37. 9 31. 6 25. 1 14. 13 7 夜间 温度(℃) 18. 0 16. 0 11. 8 -5.8 5.6 9.9 13. 6 10. 3 3.2 -1.4 -8.3 26. 4 2. 倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量: 从气象站得到的资料,一般为水平面上的太阳辐射量,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统 发电量的计算. 计算日辐射量的公式: Rβ = S×[sin(α -β )/sinα ] + D 式中; Rβ — D — S — β — α — 倾斜方阵面上的太阳总辐射量 散射辐射量,假定D与斜面倾角无关; 水平面上的太阳直接辐射量 方阵倾角 中午时分的太阳高度角. 对于北半球地理纬度=Φ 的地区, α 与太阳赤纬角δ 的关系如下: α = 900 -φ +δ 其中, δ =23.45*sin[360*(284+N)/365](度), N为一年中某日的日期序号，如1月1日的N=1,2月1日的N=32, 12月31日的N=365等。 表3. 倾角 β 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10 月 11 月 12 月 全年 25° 130.8 142.2 190.1 179.9 249.3 244.2 232.8 226.2 193.5 176.4 136.2 121.4 敦煌地区不同角度倾斜面的太阳辐射量表(kWh/m2) (纬度 = 40.6°) 30° 136.5 146.7 193.1 180.4 247.8 241.6 230.7 226.2 196.3 181.9 142.3 127.4 34° 140.5 149.8 194.7 180.2 245.6 238.5 228.1 225.2 197.6 185.5 146.6 131.7 36° 142.3 151.1 195.3 179.9 244.3 236.7 226.5 224.5 198 187.1 148.5 133.7 38° 144 40° 145.6 42° 147 44° 46° 50° 55° 153 148.3 149.4 151.4 152.3 153.4 154.3 155.1 155.7 156.5 156.8 195.8 196.1 196.2 196.2 196 195.1 193.2 179.4 178.9 178.2 177.4 176.4 174.1 170.5 242.7 240.9 239 236.9 234.5 229.3 221.9 234.7 232.5 230.1 227.5 224.8 218.7 210.1 224.7 222.7 220.5 218.1 215.5 209.8 201.7 223.5 222.3 220.9 219.3 217.5 213.3 207 198.2 198.2 198.1 197.7 197.2 195.5 192.4 188.4 189.6 190.6 191.4 192 192.6 192.3 150.3 151.9 153.4 154.7 155.9 157.8 159.4 135.5 137.2 138.8 140.3 141.6 143.8 145.8 2270 2270 2268 2263 2257 2239 2205 2223.5 2251.3 2264.7 2268.4 从表中可以看出: + 倾角等于38°时,全年所接收到的太阳辐射能,比水平面的数值高约18.7%. ++ 倾角在36~42°之间(即β =0.9~1.05Φ )时,全年太阳辐射量差别不大. +++ 即使倾角在30°~ 50°之间改变, 对倾斜面太阳辐射量的影响也不超过1.5%. 表4. 敦煌地区各月倾角的角度及对应太阳辐射量表(kWh/m2) 月份 倾角 β 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 全年 60° 55° 42° 30° 20° 15° 20° 30° 40° 50° 60° 65° 157 196 180 250 246 234 226 198 193 160 147 2341 辐射量 154 (kWh/m2) 每月改变一次角度,使斜面处于倾角位置,全年所接收到的太阳能比固 定倾角为38°安装的倾斜面所接收到的太阳能大约高3%. 3. 并网光伏系统的效率分析 1).光伏阵列效率η 1: ◆ 光伏阵列在1000W/㎡太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比. 光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括: ▂ 组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统,约有4%的损失; ▃ 太阳辐射损失:包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值5%; ▅ 偏离功率点损失:如温度的影响、功率点跟踪(MPPT)精度等.取值4%; █ 直流线路损失:按有关标准规定,应小于3%. 得: η 1 = 96% × 95% × 96% × 97% = 85% 2 2).逆变器的转换效率η : ◆ 逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比. 对于大型并网逆变器,可取 η 1 = 95%. 3). 交流并网效率η 3: ◆ 从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中主要的是变压器的效率.可取η 3 = 5%. ● 系统的总效率等于上述各部分效率的乘积: η = η 1 ×η 2 ×η 3 = 85%×95%×95% = 77% 4. 敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算: ● 依据: ◆ 敦煌地区太阳辐射量 ◆ 系统组件总功率8MWp ◆ 系统效率77% ● 光伏阵列倾角等于40°,固定式安装: ◆ 年发电量约 1,392 万千瓦小时; ◆ 25年的总发电量约为3.2亿千瓦小时,年平均发电1,280万千瓦小时 (按25年输出衰减15%计算). ● 每月调节一次倾角的情况下,全年总发电量比40°固定倾角时增加3%. ● 有关资料表明: ◆ 单轴跟踪阵列比固定倾角安装的年发电量增加约20%, ◆ 双轴跟踪比固定倾角安装年发电量增加30%以上. 表5-1. 敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算表(单位:万kWh) 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 水平固定 57 67 99 101 146 146 137 127 100 82 58 50 固定倾角 40° 每月调节倾角 89 94 120 110 148 142 137 137 121 117 93 84 94 96 120 110 154 151 144 139 121 118 98 90 单轴跟踪 106.8 112.8 144 132 177.6 170.4 164.4 164.4 145.2 140.4 111.6 100.8 双轴跟踪 115.7 122.2 156 143 192.4 184.6 178.1 178.1 157.3 152.1 120.9 109.2 全年 相对百分 比(%) 说明: 1170 100 84 65 1392 119 100 77 1435 123 103 79 1670 143 120 92 1810 155 130 100 1. 此表根据敦煌地区的气象资料, 按系统效率77%计算. 2. 根据有关资料,单轴跟踪比固定倾角增加约20%,双轴跟踪比固定倾角增加30%以上. 表5-2. 敦煌太阳辐射及8MWp并网光伏系统发电量测算表(单位:万kWh) 月份 水平辐射 (kWh/ ㎡ ) 40 0 斜面辐射 (kWh/ ㎡ ) 预测发电量 (万千瓦时) 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 93 146 89 109 153 94 162 196 120 165 179 110 238 241 148 6 月 238 232 142 7 月 224 223 137 8 月 207 223 137 9 月 163 198 121 10 月 11 月 12 月 全年 134 190 117 95 152 93 82 137 84 1910 2270 1392 太阳辐射量 (kWh/㎡) 250 敦煌太阳辐射量及8MWp并网光伏系统 发电量与月份关系曲线 预测发电量 (万.千瓦时) 250 241 232 223 223 198 190 152 142 110 137 137 121 117 93 84 137 150 200 200 153 196 179 146 148 120 150 100 89 50 94 100 50 0 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 0 水平面太阳辐射 40°倾斜面太阳辐射 发电量(40°倾角) 五. 技术设计实例 完整的系统设计方案应包括:系统配置图、太阳能电池方阵的设计、逆变器的 设计、输变电设计、防雷接地设计、土建设计（机房、变电站面积和布局、场内 道路、光伏组件基础、防雷接地基础、围栏、接线）等。 本案例仅做初步的电气设计及系统规模和主要技术参数. 1. 主要设选项 1). 太阳电池组件: 国产160Wp多晶硅太阳电池组件. 2). 并网逆变器: 性能可靠、效率高、可进行多机并联的进口产品，额定容量为200kW. 3). 交流升压变压器: 国产(0.4)KV/(35-38.5)KV电力变压器,容量1000KVA. 4). 避雷装置: 装设避雷设施防直接雷击,并需有良好的接地. 表7. 并网逆变器性能参数表 表6. 太阳电池组件性能参数表 额定容量： 输入功率 200KW 245KWP 880V 450V－800V 472A 3 相 415V±10% 50Hz±1% 3% 100％ ＞91％ ＞95％ ＞96％ ＞96％ ＞96％ 2000×2100×800 1kg 峰值功率（Wp） 短路电流（Isc） 开路电压（Voc） 峰值电压（Vm） 峰值电流（Im） 额定工作温度（℃） 抗风力或表面压力 绝缘强度 冲击强度 外形尺寸(mm) 重量（kg） 160 5.08 43.60 35.60 4.50 43±2 2Pa，130km/h DC 3500V ，1min，漏 电电流≤50μ A 227g 钢球 1m 自由落 体，表面无损伤 1587×790 15.00 输入电压 MPPT 输入电压范围 输入电流 输出交流电压 输出频率及范围 波形失真率（THD） 功率因数 10%阻性负载 转 换 效 率 25%阻性负载 50%阻性负载 75%阻性负载 阻性负载 外形尺寸（mm） 重量 2. 太阳能电池方阵设计 1). 200kWp 发电单元的光伏方阵设计: ● 18块 组件串联得到逆变器所要求的电压 验算: ▲ 输出电压 = 792 V ; ▲ 功率点电压= 640.8V; ▲ 组件结温比标准状态升高70℃时,功率点电压 = 461V. 逆变器输入电压(450-800V),输入电压(880V), 满足逆变器使用要求。 ● 70路 并联组成200kWp 发电单元 ▲单个发电单元的容量为：70×18×160Wp=201,600Wp = 201.6 kWp 2) 40个发电单元组成8MWp并网系统 ▲ 系统总容量: P=40×201.6 = 8,064 kWp ▲ 需用 160Wp太阳能电池组件总数量: M=40×70×18 ＝ 50,（块） 3). 太阳能电池方阵支承结构设计 ★ 安装方式设计: 固定式. 结构简单,安全可靠,安装调试及管理维护都很方便. ★ 固定式支架倾角设计: 根据年发电量计算结果, 倾角定为40°。 ★ 方阵支架方位角的设计: 一般情况下,太阳能电池方阵应面向正南安装. ★ 太阳能电池阵列间距的设计计算: 光伏方阵阵列间距应不小于D. 计算公式： D? 0.707H tan?arcsin?0.648cos? ? 0.399sin ? ?? 计算得: D = 6087mm. 取间距为 6.5米。(纬度Φ = 40.6°, 倾角 = ) D 15 87 32 00 H 支架间距计算图 4). 光电场太阳能电池阵列布置 ★ 组件排列: 纵向两排, 2×18 = 36 块组件.平面尺寸 14.5米×3.2米. 14.5m (790X18 = 14220) 2*18 = 36 块组件 N 790 3. 2m (1 58 7X 2= 31 74 15 ) 87 单支架方阵面组件排列图 ★ 200kWp 发电单元: 由70路串联组件并联组成,安装在35个支架上. ★ 1MWp的分系统: 5个200kWp 发电单元,占地面积 =(72.5米×320米). ★ 8MWp并网系统: 5 ×1MWp 子阵列组成,子阵列之间有通道. 总占地面积 = (558米×552米) = 308,016 平方米 N 14.5 M 200kWp 发电单元的光伏阵列布置图(左) 1MWp分系统的光伏阵列排布图 (下) 72.5 M 5个200kWp发电单元,共1000kWp L1 N 14.5 M 1个200kWp发电单元,共35个支架,70路串联组件 1个200kWp发电单元 共35个支架 L2 320 M 320 M L3 L34 9 M L35 9 M 附件 图8 8MWp 并网光伏系统光电场平面布置全图 558m 20m 73m 15m 73m 15m 73m 20m 73m 15m 73m 15m 73m 8MWp 并网光伏系统 光电场平面布置全图 335 m 说明: 光电场占地总面积: 558×552 = 308,016 ㎡ 552 m 房屋建筑总占地面积: 35 kV 高 压 电 网 3,000 ㎡. 4 北 3 图中: 1 - 南大门 162 m 2 2 - 机房控制室及办公室 3 - 升压变电站 25m 1 东 原有公路 215国道 4 - 东大门 3. 避雷、防雷及接地保护的设计 1).场地防雷 ◆ 目的: 使光电场及附属设施免遭直接雷击. ◆ 方式: 避雷针 避雷带. ▼ 避雷针: ★ 30米高的避雷针,被保护物高度 5米: ◢ 单支避雷针保护半径为＝35米 ◢ 两支避雷针的保护间距＝175（米） ★ 大面积防护,须采用网点结构,布建多座避雷塔,会遮挡太阳辐射. ▲: 显然, 光伏阵列的防雷不宜用避雷针方式. ▼ 避雷带: ★ 将金属导体沿被保护物顶部轮廓敷设,并保持适当距离,消引雷电荷、避免直接雷击. ★ 阵列支架本身就是金属导体,只要将支架良好接地,即可达到防雷效果. 2).电网线路防雷 ●直流侧的防雷: 逆变器内部有防雷系统; ●交流侧的防雷: 使用符合国家标准的避雷器。 3).系统接地保护设计： ●雷电保护系统的接地电阻应符合DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的要求; (一般不应大于10Ω ，在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于30Ω ). ●线路接地系统应符合 DL/T 621-1997 《交流电气装置的接地》以及 DL499-92《农村低压电力技术规程》的技术要求(一般不应大于4Ω ); ●干旱戈壁滩的土层电阻率高，应设置多个接地坑，放入长效降阻剂，埋设水平接地网以 降低接地电阻。 4．土建设计 ● 光电场的规划设计 ◥ 用地面积： 558×552 = 308,016平方米.其中,光伏阵列占地约21.3万平方米; ◥ 围栏：围栏总长度（光电场+变电站）＝2,220米 ◥ 光电场平面布置总图: ● 房屋建筑总占地面积 = 3,000平方米. 各部分的占地面积: ◥ 机房、控制室: 100m×20m = 2,000平方米; ◥ 工作间、库房: 30m×20m = 600平方米; ◥ 办公室及会议室: 20m×20m = 平方米. ◥ 升压变电站,占地面积= 900平方米. ● 围栏: 总长度2,220米,高度2.5米 ◥ 采用透光的高速公路用铁丝网围栏，,距光伏阵列应有20-30米的距离,以免遮挡太阳辐射. ● 方阵基础设计: ◥ 混凝土现场浇铸. ◥ 在浇铸过程中预埋上端有螺纹的钢筋. ◥ 应符合GB 50202-2002 的要求。 ◥ 每个方阵支架基础体积为0.12立方米. 5. 系统概貌及主要参数 1). 太阳电池组件: 国产160Wp多晶硅组件,总容量8.064MWp, 总计50,块组件. 组件总重量756吨. 2). 并网逆变器: 进口产品,额定容量200kW.总计40台,总容量8,000kkW. 总重量约56吨. 3). 交流升压变压器: 国产0.4kV/35kV 电力变压器, 额定容量1000 kVA. 8台并联上网,总容量8,000 kVA. 4). 光伏阵列: 固定式面向正南安装, 倾角40°.总计40个200kWp的发电单元. 5). 组件支架: 200kWp发电单元的组件安装在35个支架上.总计1,个支架. 支架钢材总重约840吨. 6). 支架基础: 每个支架用12个混凝土基础上, 总共16,800个基础. 浇铸基础约需5,000吨水泥沙石. 7). 系统总占地面积: 约30万平方米.其中光伏阵列约占21万平方米. 8). 系统年总发电量: 约1,300万kWh,平均每天发电3.6万kWh 6. 敦煌8MWP 并网光伏发电系统投资概算 ● 敦煌8MWp 并网光伏发电系统初期总投资约为32,247万元(见表8). ● 其中的设成本及建设费用约为30,012万元(见表9). 表8. 敦煌8MWP 并网光伏发电系统投资概算表 序号 1 设名称 机电设成本 光伏阵列 逆变设施 检测控制 升压输变电 23,680 3,420 250 352 总价（万元） 27,702 所占百分比(%) 85.91 73.43 10.61 0.78 1.09 2 3 4 5 配套设施与土建成本 设的运输和安装建设 项目前期费用 项目不可预见费 合 计 1,556 753 700 1,536 32,247 100 4.83 2.34 2.17 4.65 表9. 序号 敦煌8MWP 并网光伏发电系统投资概算分类明细表. 项目明细 件数 8.046MWp 8.046MWp 40 1, 24,000 8万 40 万 160km 单价RMB(万元) 26.5 元/Wp 2 元/Wp 2 0.25 10 元/套 2 元/套 0.5 元/套 平均 15 元/米 总价RMB( 万元) 注 1 光伏组件 2 支架 3 单元接线 支架接线 电缆电线 交流配电柜 设 5 接线 kVA 变压器 升 压 2 高压断路器、避雷器 输 3 互感器 变 4 低压输电线 高压输电线 其他 小 计 控制检测与数据传输系统 40 40 8 8 3,000m 80 3 4.5 4 40 元/米 8 8 8 3,000 米 5㎞ 20 6 3 50 元/米 13 21,321.9 多晶硅 1,609.2 80 350 24 16 20 240 20 23,681.1 3,200 3 相 200kVA 120 36 32 12 20 3,420 160 0.4kV/35kV 48 24 15 75 30 352 250 表10. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 小 计 1 2 3 4 5 6 8 小 计 敦煌8MWP 并网光伏发电系统投资概算分类明细表(续). 32 420 90 120 27 220 500 77 50 20 机 房 土 建 及 配 套 设 施 防雷与接地装置 光伏阵列基础 场地准 线缆地沟 变压器基础 房屋建设 道路及广场 防护围栏 清洁设施及办公用品 其他 安装调试劳务, 安装调试设使用费 工程管理及文件资料 技术培训 运输费用 工程监理费用 其他 16,800 300,000 ㎡ 4,000 米 900 ㎡ 2,200 ㎡ 50,000 ㎡ 2,200 米 250 元/个 3 元/㎡ 300 元/米 300 元/㎡ 1,000 元/㎡ 100 元/㎡ 350 元/米 1,556 64 人-年 18,000 元/人-年 115.2 90 50 48 270 100 80 运 输 及 工 程 建 设 753.2 总 计 30,012.1 六. 技术方案设计与选择要点 1. 指导思想: ●实用性、示范性、实验性 ●开放式、积木式、多元化 ◆标称容量; 8MWp ,适当增减; ◆地点: 敦煌,渐及沿丝绸之路之大漠其他地域; ◆多样化方式融资; ◆多元化技术方案及设. 2. 敦煌8MWp系统技术方案设计原则: 集中安装建设,多支路上网 ●独立分系统: 在电气线路上分为若干个独立的分系统,分别发电上网. ●低压发电单元: 每个分系统由若干发电单元组成, 输出0.4kV三相交流电. ●太阳电池组件: 以晶体硅组件为主,少量选用其他成熟组件. ●安装方式: 以固定式安装为主,少量采用跟踪方式安装. ●并网逆变器: 以进口设为主,适当选用国产研制设. ●升压输变电设施: 全部用国产设. ●检测控制系统: 性能可靠,自动化程度高,采集的数据资料准确齐全. ●区自用电: 配少量蓄电池,按不间断电源设计,容量约200kWh. 3. 系统初设概貌 ●太阳电池组件标称总容量8MWp. ●光伏阵列为固定式安装, 倾角36-42°. ●系统总占地面积约30万平方米. ●系统年平均发电量1,280万kWh,平均每天3.5万kWh ●按25年输出衰减15%计算,8MWp系统25年的总发电量约为3.2亿千瓦时 ? 实例说明光伏电站的设计 ? 光伏并网对电网的影响 3. 光伏发电对电网的影响 ? 我国的太阳能光伏发电呈现出“大规模集中开发、中高压接 入”与“分散开发、低电压就地接入”并举的发展趋势。 – 大型电站形式 – 分布式电源形式 ? 光照资源的随机性、间歇性、周期性是光伏电站对电网产生 影响的主要因素 ? 与常规电源相比光伏发电的自身特点 – 通过电力电子器件并网 – 没有旋转部件：没有惯性、没有阻尼…… 电能质量问题 ? 光伏发电通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电 流不平衡；输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变 ? 建筑光伏直接在用户侧接入电网，电能质量问题直接影响 用户的电器设安全。 浙江示范工程 在10kV接入、V接入、220V接入系 统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高 的问题。随着容量的增大，谐波电流对 电网的影响将进一步加大。 电网调频与经济运行问题 ? 太阳能资源具有间歇性、周期性、波动性、周期性等特点。当光伏发 电在电源中的比例不断增大的时候，对电网调峰的影响将愈加显著。 ? 光伏电源只在白天发电，具有一定的正调峰特性 ? 解决光伏发电的短期功率波动问题、 ? 如何利用光伏发电的正调峰特性进行合理的经济调度 ? 解决输电通道的利用率问题。 ? 西藏羊八井100kW电站：功率变 化率每分钟70％； ? 浙江示范工程（运行3个月）： ? 250kW屋顶工程实测功率变化率 为每分钟20％ ? 60kW屋顶工程实测功率变化率 为每分钟25％ 大电网稳定控制问题 ? 采用“集中开发、高压送出”模式开发的大规模光伏电站多 集中在西北、华北等日照资源丰富的荒漠/半荒漠地区，而这 些地区一般地域范围广而本地负荷小，光伏电站的电力需要 进行远距离输送。 ? 随着光伏电站数量和规模的不断加大，光照短期波动和周期 性变化引起的线路电压超限现象将逐步出现，长距离输电的 电压稳定性问题将成为制约大规模光伏电站建设开发的主要 因素之一。 ? 光伏发电的运行控制特性完全由电力电子逆变器决定，没有 转动惯量和阻尼特性，与常规发电机组有较大的区别。光伏 发电的大规模接入对电网的安全稳定分析提出了新的挑战。 配电网的运行控制问题 根本原因： ? 我国的中、低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)系统，采 用单侧电源辐射型供电网络。 ? 光伏电源接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结构，潮流 和短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。 配电网的运行控制问题 电压调节问题 ? 原有的调压方案不能满足接入分布式电源后的配电网电压调节要求。因 此必须评估分布式电源对配电网电压的影响，研究新的调压策略 Substation LTCXfmr Power Gen 对有载调压分接头动作影响 ? 高电压 ：DG接入馈线，变压器 一次电压接近上限时 ? 低电压：DG安装在LTC或者电 压调节器侧 Area of Voltage Feeder woltage profile at peak demand with DG Unit Off V o l t a g e Feeder woltage profile at peak demand with DG Unit On Q 对VQC影响 ?DG启停，无功变化造成VQC动 作次数越界 QL QG 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t 配电网的运行控制问题 继电保护问题 ? 在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到光伏发电 系统的影响。对基于断路器的三段式电流保护的影响为显著。 ? 导致本线路保护的灵敏度降低及拒动； ? 导致本线路保护误动 ? 导致相邻线路的瞬时速断保护误动 并失去选择性 ? 导致重合闸不成功 ? …… ? 日本2.2MW太阳城项目：大量配电网保护更换； ? 浙江示范工程：加装低周、低压解列、过流等保 护；校核和调整10kV电流速断、延时电流速断、 过流保护、反向故障保护定值。 配电网的运行控制问题 孤岛引起的安全问题 ? 线路维护人员人身安全受到威胁 ? 与孤岛地区相连的用户供电质量受影响 ? ? ? ? （频率和电压偏出正常运行范围） 孤岛内部的保护装置无法协调 电网供电恢复后会造成相位不同步 孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压 单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电 配电网的运行控制问题 配电网的监控通信 ? 我国配电网的信息自动化水平相对落后 ? 10kV及以下低压线路一般不具通信通道 ? 光伏发电带来的双向计量计费问题 ? …… 配电网的规划设计 ? 大量分布式光伏发电的接入使配电网对大型发电和输电网的依赖逐 步减少，使得如何在配电网中确定合理的电源结构、如何协调和有效 地利用各种类型的电源、在配电网规划中如何考虑分布式光伏发电的 影响等问题的研究，成为迫切需要解决的课题。 ? 电网的损耗主要取决于系统的潮流，分布式光伏发电系统影响系统的 潮流分布，也必然影响配网的损耗。光伏系统晚上不能发电，需要大 电网作为用，所以并不能降低配电网的建设和改造费用。而系统网 损的大小、配电网建设改造投资多少都直接决定着电网的效益。 ? 传统的配电网计算分析和规划设计方法已经不适用于包含大量分布式 光伏发电的配电网，因此，必须针对新型的电源结构和供电方式，研 究适合分布式光伏系统接入的配网分析理论和规划设计方案。 配电网的规划设计 ? 增加了电力负荷的预测难度 由于用户可根据自身实际需要安装使用分布式光伏系统，与电力负荷 相抵消，对规划区负荷增长的模型产生影响，从而更难准确预测电力 负荷的增长及空间负荷分布情况。 ? 加大了配电网规划的不确定性 由于分布式光伏系统安装点存在不确定性，而其输出电能的随机特性， 不能为规划区提供持续的电力保证，使变电站的选址、配电网络的接 线和投资建设等规划工作更加复杂和不确定。 ? 提高了配电网规划适应性要求 虽然分布式光伏系统的大量接入能减少或推迟配电系统的建设投资， 但若位置和规模不合理，则可能导致配电网的某些设利用率降低、 网损增加，电网可靠性降低。 对电网经济性的影响 ? 降低配电网设利用率 对于联网运行的分布式发电设施，系统需要为其提供运行用容量， 以保证用户的用电可靠性，相应的配电线路和变电设施因长期为分布 式发电提供用而处于轻载。 ? 增加电网运行成本 目前为太阳能发电提供系统用以及调峰、调频、调压等辅助服务没 有建立定价和补偿机制，随着分布式能源的大规模发展，也将增加电 网的运行成本。
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