太阳能光伏并网发电系统技术探讨

摘要：本文通过对我国太阳能资源分布的介绍，指出了光伏并网发电的可行性，并根据相关的设计依据与原则，对光伏并网发电系统的组成、方案设计及保护，进行简单的介绍。

关键词：太阳能；光伏发电；并网

一、引言

我国太阳能资源的高值中心和低值中心都处在北纬22°～35°这一带，青藏高原是高值中心，四川盆地是低值中心；太阳年总辐射量，西部地区高于东部地区。我国幅员辽阔，太阳能资源分布也十分不均匀，根据不同地区的日照条件设计太阳能发电系统时也会有不同的系统设计方案，所以我国在安装太阳能发电装置时，地理位置处于太阳能资源第三类及以上地区时太阳能发电装置能发挥更高的系统发电效率。

二、建设目标

随着能源危机以及各个国家对新能源的开发利用，太阳能应运而生，其中光伏发电得到广泛发展。主要是：

① 利用日光发电，提供高质量的清洁能源；

② 有效调峰，缓解当地供电部门在供电高峰期时压力；

③ 全自动智能化运行，无须专人值守；

④ 完善的保护功能及报警功能，保护负载、电网及电站自身的安全运行；

⑤ 配备环境气象监测系统，实时掌握电站建设地点的气象资料；

⑥ 强大的在线监控网，实现对电站的现场/远程实时监控，及数据分析；

三、系统总体设计依据及原则

1、相关国际国家标准：

(1) IEC61215 晶体硅光伏组件设计鉴定和定型；

(2) SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电压保护―导则》等。

2、设计原则：

(1)《光伏系统并网技术要求》（GB/T19939--2005）、《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》确定电站建设及供电方案的设计原则；a.光伏系统的设计应对环境条件、系统性能进行综合评价。b.系统设计应有冗余量，具有保护功能以满足系统可靠工作的要求配置提高系统运行可靠性。c.系统设计应考虑建站地点的地理条件。d.应进行系统设计的综合优化。

(2)一般性原则：①安全可靠性，②先进实用性，③扩充性和灵活性，④示范性；

(3)设计时将保证做到以下几个方面：①保证电能质量，②能量输出最大化，③美观性。

四、系统组成及方案设计

太阳能系统由太阳能电池组件、防雷汇流箱、并网逆变器、配电保护系统、系统监控装置组成。我们将分以下几个部分来考虑系统的设计：（1）并网光伏电站总体方案部分；（2）太阳能组件部分；（3）太阳能并网逆变器部分;(4)交直流配电部分;(5)系统保护设计部分;(6)太阳能光伏电站在线监控、显示系统部分;(7)辅助系统部分（汇流箱及支架部分）。

系统分为上述的七个部分来设计，各个部分完全采用模块化冗余设计，扩容简便，施工、调试、运营管理、监控、维护都极为方便，能够大大节省建设方的初始投资和后期运营费用。

以系统保护及并网光伏电站监控系统为例进行设计。

1、系统保护。保护功能主要包括以下几个主要部分：孤岛效应保护、防雷与接地保护、系统其他常规保护。

（1）孤岛效应保护。Xi系列并网逆变器采用了两种 “孤岛效应”的检测方法，即被动式与主动式检测方法。

（2）防雷与接地保护。将外部防雷措施和内部防雷措施（接闪功能、分流影响、均衡电位、屏敝作用、合理布线、加装过电压保护器等多项重要因素）作为整体来统一考虑防雷措施。主要考虑的是：直击雷防护；感应雷防护；防止雷电反击。

1) 直击雷防护：防直击雷的基本措施是安装避雷针。根据GB50057-2000《建筑物防雷设计规范》的规定：建筑物属于三类防雷建筑物时，我们可以采取把所有屋顶电池组件、方阵支架与原有建筑物防雷系统中的防雷网（避雷带）有效相连，以达到防雷的目的。具体措施为：a. 接 闪b.均 压c．屏 蔽d．接 地。

2）感应雷防护：感应雷由静电感应产生，也可由电磁感应产生，光伏发电系统的防感应雷工作重点是防止感应雷由外界线路侵入室内设备。SJ/T11127中有关规定，主要采取以下措施：a．合理选择机房的位置及机房内设备的合理布局可有效的减少雷害。b．在供电系统设备的每回路接口处安装电涌保护器 SPD ，并对出入机房缆线采取屏蔽、接地，实现等电位连接等措施，可有效减少雷击过电压对系统设备的侵害。c．配电机房采用联合接地可有效的解决地电位升高的影响，合格的地网是有效防雷的关键。

（3）系统其他常规保护。对于常规的过压、欠压、过流、短路等保护功能也均进行了充分的考虑。完善的保护功能将保证太阳能发电系统安全、稳定的运行。过/欠电压保护：当光伏系统与电网接口处电压超出规定的电压范围时（三相±7%，单相+7%，-10%），过／欠电压保护在0.2～2s内动作,将光伏系统与电网断开；过/欠频率保护：当光伏系统与电网接口处频率超出规定的频率范围时（±0.5HZ），过／欠频率保护在0.2～2s内动作，将光伏系统与电网断开；短路保护：光伏系统对电网设置了短路保护，当电网短路时，逆变器的过电流在大于额定电流的150%时，光伏系统将在0.1s以内与电网断开。

2、太阳能光伏电站在线监控系统部分

并网光伏发电项目必须配置现场数据采集系统和远程通讯系统，实行集中、实时监控，方便电站的运营管理。数据采集系统安装在屋顶，系统由数据采集器、温度采集器、湿度采集器和辐照度采集器构成，系统配有专业的数据处理设备和软件，数据可以直接在数据采集控制器阅读查询、也可以通过监控计算机、大屏幕、远程计算机阅读和查询。采集系统单相供电。系统原理图如图1.1所示：

图1.1太阳能光伏电站在线监控系统原理图

监控装置主要数据采集器、辐照传感器盒，通过RS485通讯方式，配置监控软件，获取并网逆变器的运行数据和工作参数，也可以通过以太网远程通讯方式，在异地实时查看整个电源系统的实时运行数据、环境数据以及历史数据和故障数据等。

五、总结

人类要现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。

参考文献：

1、 电力电子设备应用手册

2、 李成章.智能化UPS供电系统原理[M].北京：电子工业出版社,1999.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。