民用建筑光伏发电并网技术的探讨—王东林
摘要: 王东林：大家下午好！和大家一起就“民用建筑光伏发电并网技术”进行探讨，这方面的东西市起来好多是跟电力有关的，我今天就是抛砖引玉做一个简单介绍。说到光伏发电系统首先要说到电网的关系，光伏发电系统的基本组 ...
| 王东林：大家下午好！和大家一起就“民用建筑光伏发电并网技术”进行探讨，这方面的东西市起来好多是跟电力有关的，我今天就是抛砖引玉做一个简单介绍。说到光伏发电系统首先要说到电网的关系，光伏发电系统的基本组成，有光伏阵列、接线箱、你面漆、蓄电池（带储能装置无视），配电柜、监控系统。我们设计过程中现在民用建筑做设计，光伏有多大能量，有多少建筑物，然后选择光伏盆和安装方式，系统怎么接等等，今天根大家探讨的是并网光伏发电系统。 先说独立光伏发电，光伏发电系统其实的更多用于公共电网无法覆盖和特殊情况，有些住宅包括楼梯间，特殊需要，或者是地下空间很小的区域作为一个单独的空间。他的容量应该是满足用户最大用电负荷的需要。这里面必须有一个储能环节，储能环节充放电损耗较大，调解能量有限，投资成本相对较高，由于不与公共电网连接，通过逆变器和蓄电池实现对不同用电设备供电，具有一定的局限性。在民用建筑里面要做光伏发电系统，由于公共电网还是比较可靠的，更多是采用并网发电系统。 并网光伏发电系统：一种是逆流并网光伏发电，一种是非逆流并网光伏发电。对于并网光伏发电系统，一般有一些基本要求： 1、并网光伏发电系统有自己的运行特性，而且靠近负荷侧，因此他会对传统的电力系统的供电结构和公共电网的安全稳定运行都会产生影响。 2、光伏发电所产生的电能应满足国家电能质量的指标要求，电压偏差、闪变、频率偏差、相位、谐波、三相平衡度和功率因数等。 3、为保障公共电网和光伏发电系统的正常运行，通常要避免一方发生异常情况影响到另一方的正常运行，所以也要保证检修人员的人身安全。所以无论是逆流，还是非逆流并网光伏系统都需要采用并网保护措施。因为我们做设计的时候，有可能觉得逆流系统跟电网的关系非常大，非逆流只是跟电网接在一起，不往上送，所以哪些要求、参数可以降低一些。 4、并网系统的设计、安装等应符合国家和行业的相关标准和规范。 首先说一下标准，这是目前国内外的一些标准，国内的主要现在技术要求、光伏系统电网接口特性、民用建筑太阳能光伏发电应用技术规范里面，其实也有一部分内容和咱们的19939的规范是一致的。 电能质量要求： 1、为了使交流负荷正常工作，光伏发电中逆变器的输出电压应和电网的电压相匹配，10KV及以下并网系统正常运行时，光伏发电和电网接口处的电压允许偏差，三项电压的允许偏差为额定电压的±7%。 2、光伏发电并网时应与电网同步运行，电网额定频率为50hz，光伏发电并网后的频率允许偏差应允许±0.5hz。 对接入电网方面的要求： 1、确保电网的电能质量技安全稳定硬性，选择合适的并网点，对民用建筑小系统来讲这个不是太重要，因为并网对电网的影响基本上非常小，因为我们总量小，对一些大的光伏电站影响会非常明显。 2、为了防治你对上一级电网产生较大影响，导致上一级电网在继电保护等方面作出较大调整，通常要求并网电源产生的电尽量在本级配电区域内平衡，原则上并网容量不宜一级变压器供电区域内最负荷的25%。 3、应保证并网光伏发电的电网接口处可测到相关的电能质量参数（电压、频率、谐波等）。 4、光伏发电向交流负载提供电能或者向电网发送电能的质量都应该是受控的，包括电压偏差、频率、谐波和功率因数等参数都应该负荷标准，如果超出限制系统能够检测到，而且能够将光伏和电网完全断开。 5、当公共电网电能质量超限时，同样要求光伏发电和公共电网要解列，而且解列它的参数恢复到正常的20秒到2分钟是不应该给电网供电的。 6、光伏发电与公共电网之间设置的隔离开关和断路器都应该有断开中性线功能，而且必须要做专用的标识。 光伏并网逆变器：并网逆变器是一个光伏并网里面非常重要的组成部分，分类很多，从电源形式分分电压源型和电流源型。这里做了一个简单的表，按照电压源和电流源两种逆变器，一个是电压对电网电压同频，一个是电压信号，一个是电流信号。空置策略，电压源相对比较复杂一些，电流源是较小。电压源对电网参数非常敏感。 常规逆变器常规有很多种，逆变器本身具有的功能，像最大功率跟踪空置，防孤岛效应、自动运行和停机功能以及控制，保护和滤波等功能。 下面就说一下逆变器的基本功能，因为光伏阵列的输出功率随着光照强度和温度的变成而变化。为了提高光伏阵列发电的效率，就需要对光阵列进行最大功率点跟踪。同样在一定的输出电压的情况下，温度变化不是温度越高输出的功率越高，相反的，大家需要注意一下。 我光伏阵列的工作点主要是为了提高光伏阵列的输出功率，使光伏阵列能够以最大功率输出。常用的非常这里说了三个，有固定电压法、扰动观察法和电导增量法。 说一下孤岛现象，就是光伏系统和公共电网解列的时候，仍保持对局部电网供电的状态。孤岛现在一个是非计划和计划性孤岛现象。非计划部受控地发生孤岛现象。计划性孤岛现象，按照禹县配置的控制策略，有计划地发生孤岛现象。 防孤岛：禁止非计划性孤岛现象的发生：非计划性孤岛现象发生时，由于系统供电状态位未知，将造成以下不利影响：1、导致孤岛区域的供电电压和频率不稳定。2、影响配电系统的保护开关动作程序。 在这种情况下，如果是我们非计划性的就要避免，不能产生孤岛现象，如果是计划性就需要一些控制策略。检测方法有二种是主动和被动的。大家可以看到中间这一块85%的正常电压和110的范围内是可以正常运行，如果是半开就可能小于50%的电压，必须在0.1秒之内切开。 案例1：逆流并网光伏系统，是在天津市生态城做的一个工程，屋顶安装了单晶硅、多晶硅等等还有一些光伏发电。单晶硅光伏发电系统是1456kwp，而且通过3台6kw但相并网逆变器进行并网。多晶硅光伏发电系统约12kwp通过1台15kw三项并网逆变器进行并网。储能采用15kw4H锂电池储能装置。 在这里主要考虑逆变并网对电流的影响，主要是三方面，供电质量、电网调峰、继电保护。光伏发电通过逆变器并网，易产生谐波、三项电流不平衡，输出功率随机性变化大，容量越大越容易造成电网电压波动、闪变。太阳能具有间歇性、周期性，波动性等特点，当光伏发电在电源中的比例不断增加的时间，对电网调峰的影响将越加显著。 在这个线路图里面稍微解释一下：光伏系统与公共电网之间设置的断路器均具有断开中性线的4级断路器，确保系统运行安全和电力检修人员的人身安全。 利用Modbus协议实时采集光伏，储能、逆变器和各回路的电能信息参数，传送至微网监控管理系统，经分析处理，再控制相关的断路器，接触器、控制器等。同时利用TCP/IP与上级电网调度自动化系统通信，实现电压控制和无功优化、并网与孤岛切换，可再生能源的优化。 案例2：非逆流并网光伏系统，对于逆流并网光伏系统，不仅对公共电网提出要求，同时对光伏发电系统的电能质量、并网保护等方面都有严格的要求。 对于民用建筑光伏发电系统，其装机容量通常从十几kwp到几百kwp不等，系统组成鸡肤鹤情况较为复杂，多属于分散型并网。系统如何采用逆流并网光伏系统，民用建筑光伏发电系统会有一定的难度。这是在商业建筑屋顶按了七千多块42w的多晶硅电池，总的发电量在3000kw，直接就供电了，为他的地下车库供电，而不流向公共电网。所选李炳华：具有可靠的防孤岛功能，取保电网安全。最大功率跟踪MPPT采用的是电导增量法。 这是一个示意图，天津文化中心，30多万平米，在屋顶这个区域全部是高能电池，这个区域的发电量为地下停车场服务。 这是一个并网系统的示意图，光伏逆流检测装置，包括气象、参数的检测，并网点在这儿。 在这里光伏系统与公共电网之间设置的断路器还是刚才说的必须断开，而且确保系统运行安全和电力检修人员的人身安全，实时监测电压、电流、相位、频率、谐波、功率因数等电量质量参数。 保护功能，具有郭雅、失压、频率检测与保护、过载过流、漏电、防雷、接地短路、自动隔离电网，逆功率自动检测与保护功能。 故障隔离保护：当光伏发电在公共电网接口处频率偏差超出规定限值时，频率保护应0.2S内动作，将光伏发电与公共电网断开，该功能由逆变器实现。 当公共电网失压时，防孤岛效应保护应在2S内完成，将光伏发电与电网断开，该功能由逆变器实现。 光伏发电对公共电网设置短路保护，当公共电网发生短路时，逆变器的过电流效应大不予额定电流的1.5倍，并应在0.1S内将光伏发电和公共电网断开。这是非逆流并网光伏发电监控管理系统框图。 在监控管理系统主要包括以下设备： 数据采集器、气象站等等，主要功能是： 1、能够监测和显示系统的工作电压和电流，系统的工作状态、直流侧的电压和电流，交流输出电压和电流，功率、功率因数、频率、故障报经信息以及环境参数，统计和显示日发电量、总发电量、节能减排指标等信息，并可形成打印报表。 2、环境监测仪监测太阳辐射，光伏组件分温度、室外环境温度、风速风向参数。 3、逆变器具有RS48S通信接口，与系统实心实时通讯，达到集中监控和故障自动记录。 4、监控主机和相关信息了。 5：通过以太网进行传输。 因为是薄膜电池所以从早晨6点（8月13日），稍微有微弱光的时候就可以发电，所以这是一点的发电量，到中午发电量比较高，一直到下午18点，所以这一块单晶硅、多晶硅的这块的发电量是非常少的。 阻热8月10日、11日，每天的天气不一样，对光伏发电影响非常大。 总的来说，民用建筑我们做的光伏发电系统，其实我们更多是和建筑物进行关联，建筑物什么样其实也就决定我们了装机容量，像我们做光伏电站有的是中间、有的是低谷，这样不行，用电负荷较为复杂，所以我们多属于分散型并网系统。所以我们更多采用的是并网不上网，就是非逆流并网光伏系统。 但无论是逆流或非逆流必须要采用并网保护措施。 而且要求，无论是公共电网还是光伏发电的电能质量都应该负荷国家电能质量的指标要求，如果超限，不管什么原因必须都要光伏系统与公共电网解列。 计划性孤岛现象应该是允许的，非计划性孤岛现象发生时，逆变器会将光伏发电与电网断开，确保系统以及人员的安全。 最后还要说的是对于非逆流的并网系统必须在电网接口处做检测装置，确保电网的安全运行。 今天就讲这些，有什么不妥之处请大家批评指正。 |
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