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集中式并网光伏发电站自动化选型及应用研究

发表时间：2020/9/28 来源：《基层建设》2020年第17期作者：孙震宇1 祝洪超2

[导读] 摘要：集中式并网光伏发系统能够有效减少能源损耗，是新时期智能发电站建设的关键。

        1吉林省吉通新能源科技有限公司；2通化矿业集团有限公司八宝工业园选煤厂
        摘要：集中式并网光伏发系统能够有效减少能源损耗，是新时期智能发电站建设的关键。本次研究过程中主要从集中式并网光伏发电站运行原理出发，分析容量指标下集中式并网光伏发电站自动化装置选型的注意事项，确定上述装置的关键参数及运行方式，并结合实际情况进行调整和优化，望为新时期发电站建设提供相应的参考依据。
        关键词：光伏并网发电；集中式；运行原理；装置选型
        集中式并网光伏发电站对装置选型要求较高，需要结合外部因素和功率情况做好运行控制，提升其电压的稳定性和设备的耐受性，这样才能够从根本上改善光伏发电的经济效益。但当前我国许多发电站并未认识到这一点，其自动化选型并未充分考虑上述因素，造成光伏并网发电效益低下，故障频发，亟待解决和处理。
        1 集中式并网光伏发电站运行原理
        光伏发电系统主要是通过光伏组件半导体材料将太阳能转化为电能的装置，主要包括独立发电系统、混合发电系统和并网发电系统三大类。
        并网光伏发电系统主要包括太阳能电池组件、直流负载、交流负载负载、控制器、逆变器等部分构成，发电环保，能够实现并网交直流转化，具有非常高的实用性（具体结构如图1 所示）。

        图1 太阳能光伏发电独立系统结构图
        集中式并网光伏发电系统在阳光充足区域主要通过太阳电池板向电网供电，储存“太阳能”。在无光线区域主要通过电网下载供给，确保负载正常使用。若电网故障，则集中式并网光伏系统停止供电。
        2 集中式并网光伏发电站自动化选型分析
        2.1 容量分析
        集中式并网光伏发电系统设计时要全面分析负载性质、太阳辐射资源及地理条件、电池组件方位角与倾斜角三方面内容，依照上述内容开展自动化装置选型，即：
        （1）负载性质：实际负载的大小可以依照使用状况的不同而改变。白天时段负载能够通过光伏发电站直接供电，其负载容量可以适当降低。夜晚时段负载主要是通过电网下载完成供电，其配备容量需要适当增加。白天连夜晚时间负载可以设置在上述两种负载之间，实现最优配置。
        （2）太阳辐射资源及地理条件：太阳辐射资源是决定集中式并网光伏发电站自动化选型的关键因素。在设置确定太阳能电池板装置时，人员要充分考虑太阳辐射方位、倾斜角、辐射峰值、大气状况、地理位置、地理环境等。
        （3）电池组件方位角与倾斜角：当前电池组件方位角与倾斜角在选取的过程中要保证年发电量最大，冬夏发电量差异尽可能小。设计时可以选取当地纬度加适当度数作为安装倾斜角（适当度数可以依照目前普遍使用方法确定或使用计算机软件计算确定）。
        2.2 电池板选型
        大功率光伏组件发电效率较高，故障率较少，在集中式并网光伏发电站设计中应用非常普遍。人员可以依照集中式并网光伏发电站的负载用电需求直接计算出太阳能电池板及方阵的功率，选取合适电池组件，明确电池串联数量、组件情况等，见表1。
        表1 太阳能电池板组件功率对比分析

        在太阳能电池板及方阵设计的过程中，设计人员可以根据电池组件日平均输出功率与负载日平均用电量计算出电池组件并联数，依照系统工作电压及组件峰值工作电压计算出电池组组件串联数。设计时组件功率衰减可以依照10%计算，交流逆变器转换效率也可以依照上述数据计算。
        2.3 逆变器选型
        光伏发电系统集中并入发电站时必须做好逆变器的选择，针对不同规模、效率等，新城合理的逆变结构。集中式并网光伏发电站为大规模并网接入，其电压等级多为220V以上，逆变器选型时应符合电压等级和输出电压值要求，其具体标准见表2。
        表2 逆变器输入的极限参数

        逆变器设置完成后，应在集中式并网光伏发电站中配套设置隔离型变压器，以实现稳压保护，降低由大规模集中并网引起的设备故障率。与此同时，还需要将线路中的开关器件电压调高，必要时可以串极使用，提升其耐压效果。
        2.4 控制器选择
        集中式并网光伏发电系统中应设置好无功补偿装置，由光伏逆变器和快速无功补偿装备完成光伏并网接入后的优化协调。该补偿装备必须能够在运行过程中发出无功功率，且无功量满足系统要求。
        必要时可以建设AVC系统，按照电网和光伏动态无功补偿装置、电容/电抗器等协调运行合理设计无功设备容量，提升集中式并网光伏发电过程中的无功补偿效果。
        3 集中式并网光伏发电站应用中的注意事项
        集中式并网光伏发电站基础自动化选型完毕后，设计人员要从光伏逆变器、辐照度、最大功率跟踪三方面出发，分析装置的转化效率和应用效益，进一步分析自动化选型的经济性、安全性和可靠性，实施调整和优化。
        （1）优化逆变器：当前光伏发电站主要通过低频逆变装置实现逆变操作，该设备体积较大、效率较低，为工频变压器，无法满足设计小型化、轻量化、高效化要求。因此，可以转变为高频链逆变，通过输入与输出电气的隔离，降低变压器上涡流损耗，优化发电效益。
        （2）调整辐照区：辐照度强度和温度可以影响光伏发电系统的发电效率，影响光伏阵列的功率输出状况。集中式并网光伏发电站选型过程中应将光伏系统安装在辐照度最强的区域，最大限度提升辐照度，增强并网接入效益。
        （3）形成保护单元。太阳能电池板组件方阵在工作的过程中要保证二极管两端存在一定电压降，常规硅二极管为0.6~0.8V，肖特基管为0.3V；要设置保护开关加装功率逆变保护，并实现主变后备保护与零序整定；要根据系统运行情况对重合闸时间进行调整，一般设置重合闸动作不得超过2s等。
        （4）保障系统功率：可依照电压与功率的关系与光伏功率阵列点的实时功率状况对最大功率处电压、电流进行调整，控制最佳辐照度，保证光伏阵列在最大功率输出位置，实现发电效率的最大化。
        4 总结
        集中式并网光伏发电站设置过程中要全方面考虑装置实用性、可靠性及高效性，确保自动化选型能够满足负载用电需求，以最小的投入成本实现最大的经济效益。应通过组件峰值电流及功率、发电量等数据进行关键设备选型，形成配套逆变装置和控制系统，从根本上提升集中式并网光伏发电站的安全效益和经济效益。
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