分布式光伏发电系统电气设计

分布式光伏发电系统电气设计

陈波

中国大唐集团有限公司辽宁分公司 辽宁省沈阳市 110001

摘要：目前，我国经济水平和各行业快速发展，加之电力政策逐步放宽，使得光伏发电成为未来发展的重要趋势之一。但是，光伏发电可能会面临着线路潮流、网络损耗等等因素的影响，所以在光伏接入容量方面需要有一定的要求，才能够满足当前配电网的实际需求。目前，国内外相关专家学者针对配电网的升级改造开展了多种研究，分析目前配电网存在的问题，结合城市规划探讨有效的配电网改造方案。但是目前大部分的研究都仅仅停留在分布光伏接入造成的影响。目前我国积极推动光伏发展，所以在当前的技术背景之下，相关人员应该要探讨有效的改造方式，将分布式光伏发电接入配电网，从而能够满足当前的配电网发展实际需求，提高配电网的安全性与可靠性。

关键词：分布式光伏发电；电能质量；电气设计

引言

光伏电源配电网的研究在一方面可以解决当今世界能源危机和环境破坏的问题，另一方面可以改善设备对电流的控制程度以及电路的安全性，并且可以在一定程度上解决电网中电力输出不稳定的问题。分布式光伏发电系统的显著特点是发电系统和用户之间有着很近的距离，一般来说，在用户所处的地区或者与用户之间较近的距离区域内会建造分布式光伏发电系统，从而能使我国输电网络数量得到进一步减少，通过光伏的阵列可以进行转换能源，建筑表层温度在很大程度上就能得到降低，最终可以充分结合起发电系统和建筑物这两个方面。

1光伏发电的原理

光伏发电主要就是将光能转化为电能，这一流程主要是通过光生伏特效应而实现的。其主要方式就是将太阳光照在光电二极管上，将光能转化为电能。主要分为以下几个步骤：第一，太阳光照射。第二，入射光注入电池的半导体，激发电子空穴对。第三，电子空穴对进行分离，电子于空穴对集中在两侧，产生电场，产生电动势。第四，收集电量。

2分布式光伏发展现状

分布式电源作为一种自发自用的能源，可作为集中供电方式的补充。将配电网与分布式电源相结合，在一定程度上解决电力系统事故后电力供应的问题，节省电力建设投资，提高配电网调度灵活度以及满足配电网对于供电可靠性的要求。分布式电源安装在用户端，以太阳能、风能、生物质能等发电方式最为常见，单机装机容量不超过6MW并且通常以10kV及以下电压等级接入配电网。分布式电源建设成本小且清洁低碳，组网并网方式比较灵活，因此越来越广泛地被应用到电力系统中。分布式光伏发电一般是安装在住宅或商业建筑楼顶的光伏发电项目，具有自发自用、选址灵活、余量上网等特点与优势，是我国大力发展的未来发电方式之一。

3分布式光伏发电系统电气设计的要点

3.1设计光伏的方阵

在当前的光伏项目中，水泥材质的屋顶与彩钢化屋顶是两类主要的建筑载体。其中，水泥材质屋顶所具有的负载能力比较强，在经过调节阵型倾斜角和间距之后，得到的发电量最为丰富。使用水泥材质屋顶的大多数情况下，都需要屋顶的附件种类较多，在实际工作中可利用的面积并没有彩钢化屋顶大，因此，使用彩钢化屋顶时多是要借助于平行的铺设。在分布型光伏系统组件整体温度不断上升的形势下，开路电压会逐渐的减小，反之，如果组件出现温度下降的情况，就会提升开路电压。为保证在极端的环境中逆变器可以始终保持正常工作，作为设计人员就应该在设计时对当地区域可能出现的极限温度进行充分的考虑，最终所得到的串联元件数目和电压也是最佳的。

3.2含光伏电源的配电网扩展规划的数学模型

光伏电源的接入为整个配电网的容量和电压都带来了改变，这就导致我们在考虑配电网的规划时，考虑满足负荷增加的同时，通过配电网内部的线路改变调节光伏电源给配电网带来的影响，以保证整个电路的安全性和可靠性，加大配电网的稳定性。含光伏电源的配电网扩展规划的数学模型相较其他模型来说，其复杂性和难度都大大提高，需要在完成配电网的扩展的同时将光伏电压接入合适的地方以保证其安全性。所以含光伏电源的配电网扩展规划需要合适光伏电源与合适的线路相结合，以达到整体合理安全的目的。

3.3配电网改造

针对分布式光伏接入的配电网改造要求，相关人员必须要考虑以下四个方面的目标：（1）相关人员需要在配电网完全稳定的范围之内，尽可能满足分布式光伏接入的容量，进而能够保障整个配电网系统的正常运行。（2）针对一些用电量较高的用户来说，如果分布式光伏电站本身没有设置滤波装置，则应该要使得分布式光伏与这一类的用户保持较远的电气距离。如果采用专线接入变电站的方式，需要保障用户谐波水平、满足其需求。（3）针对一些对高供电可靠性有需求的用户，应该要保障足够的备用容量，配备一定的储能电池。（4）针对一般的电力用户，应该要尽可能降低网络损耗，有效地提高整个配电网运行的经济效益，从而能够满足相关电力用户的实际需求。

3.4分布式光伏发电功率预测技术

可构建深度学习网络或神经网络进行训练预测，训练样本为发电装置装设地的光照强度、环境温度以及发电功率等数据。由于神经网络具有强大的泛化性能，通常能够提供具有参考价值的预测结果。对于分布式光伏发电功率波动较大的问题，可考虑为光伏发电装置配备小型储能装置，可有效平抑输出功率波动，并且能够补偿光伏发电功率预测时的误差。在遵循分布式光伏发电等新能源优先调度的前提下，实现全配电网各电源的自动化发电控制，在保障配电网安全稳定运行的同时，又能够最大程度的消纳光伏出力，为电网公司双碳目标的实现作出贡献。

3.5孤岛效应

孤岛效应是指由于停电检修或线路故障等问题导致电网停止供电时，光伏并网发电系统并未能快速判断电网处于停电状态，导致光伏系统与连接的负载继续运行的现象。随着光伏并网系统规模的不断扩大，导致这种现象的发生越发频繁，孤岛效应对电网的电能质量具有较大危害，主要表现为：①发生孤岛效应的光伏并网系统的频率、输出电压及相位变化范围较大，且此时处于不可控状态，严重时会导致设备发生故障甚至损坏，对电网检修专业人员的人身安全造成重大威胁；②恢复供电后，电网与光伏并网系统的电压相位不一致，这将导致浪涌电流与电流的瞬时下降；③若光伏发电方式为单相供电，则配电网可能会出现三相负载不平衡现象，导致电能质量下降；④如果电网系统容量不足或无储能设备，配电网在孤岛效应作用下，极有可能导致用户侧负载出现电压波动与闪变现象。

3.6光伏发电系统监控

监控系统选择分层分布式结构，在系统中设计监测组件和通讯管理设备，中央设计集中管理设备。现场光伏组件阵列中的所有光伏组件的运作稳定性安全性都能够得到全程监测，也就是说每一个光伏组件的电流电压和温度等运作基本信息都能够设计相应的监测元件，通过数字通讯系统和监控中心连通，在系统运作情况异常时能够及时监测出异常情况的位置与基本情况。现场光伏汇流箱中都需要设计光伏组串监控设备，各路光伏组串回路中设计电压和电流、直流电弧监测元件，同时针对防雷保护装置的运行质量以及断路器通断性能也要进行监控。针对逆变器直流总输入电流、开关状态、滤波器、过电压保护器、电压等情况进行监控。针对输入总功率与运作电能情况能够进行打印。针对逆变器的交流侧电流、电压、设备运作温度等情况进行实时监控，控制冷却风机的开关停启以及输出功率等，并设计直观的监控仪表。

结语

光伏电源只是我们采用的清洁能源发电的一种，随着社会的不断发展，用电量大大增加，电力资源的不断开采是必然趋势，现如今将光伏电源接入配电网只是一次试验，往后将会有更多的发电方式接入配电网中，所以进行分布式电源分配的研究不可缺少。建设分布式光伏发电系统已经成为我国建设的一项重要内容，由此也指明了我国电力企业的发展方向。

参考文献

[1]杨晓辉,杨莉,杨磊,等.分布式光伏对配电网电压的影响机理及仿真分析[J].实验技术与管理,2019,36(10):63-68.

[2]赵波.大量分布式光伏电源接入对配电网的影响研究[J].浙江电力,2010,29(06):5-8.