屋顶光伏并网发电系统接入系统方案的探索.docVIP

屋顶光伏并网发电系统接入系统方案的探索 宋志毅 （无锡供电设计研究院 无锡 214001） 摘 要：光伏产业是20世纪80年代以后世界上增长最快的高新技术产业之一。目前，并网发电和光伏建筑集成发展迅速，光伏发电已由边远地区和特殊应用向城市过渡，由大型集中电站向分布式供电模式过渡，人类社会向可持续发展的能源体系过渡。本文通过对无锡（国家）工业设计园屋顶光伏并网发电系统接入系统方案的比较，找出性价比最优的方案，为今后同类设计积累经验，并尝试从电网安全管理角度提出初步的意见。 关键词：光伏系统；太阳能；接入系统；设计 在科学发展观的指导下，《可再生能源法》应运而生，太阳能发电具有无污染、安全、寿命长、维护简单、资源永不枯竭等优点，适应可持续发展的要求。江苏省委、省政府明确要求相关产业的企业率先在建筑一体化、公共设施、交通、通讯等行业和领域建立太阳能绿色能源应用示范项目。根据这一方针，无锡市经贸委批准无锡（国家）工业设计园建设一座300kW屋顶太阳能并网发电系统，对原供电能源系统进行改造。 但是，如果发电系统采用自给自足的封闭方式供电而不接入系统，无论供电的可靠性、系统的稳定性、电能质量和运行的经济性均得不到保证，为了保证发电系统及用户的稳定、可靠、安全运行以及电能质量的需要，必须将发电系统与电网并列运行。根据无锡市经贸委文件，园区发电系统的性质定性为地方公用光伏系统；园区公用光伏系统装机总容量为300kW，所发电量全部上网由电网收购，发电系统性质为公用光伏系统。 由于光伏产业高新技术光伏发电系统V为单母线接线方式，400V为单母线分段接线方式，平时运行方式为三台主变同时运行，400V分段开关处于分闸位置。主变次总开关和分段开关之间采用六合四联锁。 变电所布置在标房一层，高低压均为电缆出线。 1.1.2 公用光伏系统与电网功率交换情况 无锡（国家）工业设计园光伏发电系统性质为地方公用发电系统，装机容量为300kW，发电系统出口电压为400V，所发电量全部上网送入系统，由于在园区内上网，所发电量不大，所发电量基本上为园区负荷所用（负荷电压等级为400V）。 由于光伏发电系统本身的特点，园区存在公用光伏系统不发电而园区正常供电的情况：当晴天阳光充足时，太阳能光伏电站对负载供电，并将多余的电能通过变压器送入电网光伏电站无蓄电池储能设备，当阴雨天无太阳时，由电网供电给负载。阴雨天无太阳时优质的电能输出公司所生产的集中式逆变器均配置有高性能滤波电路，使得逆变器交流输出的电能质量很高，不会对电网质量造成污染。在输出功率≥50%额定功率，电网波动5%情况下，逆变器的交流输出电流总谐波分量（THD）%。谐波对电网污染。逆变器为并网型逆变器，在运行过程中，需要实时采集交流电网的电压信号，通过闭环控制，使得逆变器的交流输出电流与电网电压的相位保持一致，所以功率因数能保持在1.0附近。“孤岛效应”防护手段“孤岛效应”指在电网失电情况下，发电设备仍作为孤立电源对负载供电这一现象。“孤岛效应”对设备和人员的安全存在重大隐患，体现在以下两方面：一方面是当检修人员停止电网的供电，并对电力线路和电力设备进行检修时，若并网太阳能电站的逆变器仍继续供电，会造成检修人员伤亡事故；另一方面，当因电网故障造成停电时，若并网逆变器仍继续供电，一旦电网恢复供电，电网电压和并网逆变器的输出电压在相位上可能存在较大差异，会在这一瞬间产生很大的冲击电流，从而损坏设备。逆变器均采用了两种“孤岛效应”检测方法，包括被动式和主动式两种检测方法。被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电；主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过测量逆变器输出的谐波电流在并网点所产生的谐波电压值，从而得到电网阻抗来进行判断，当电网失电时，会在电网阻抗参数上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电情况。此外，在并网逆变器检测到电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间（如90秒钟）内完全正常，才重新投入运行。需要指出的是，任何一种“孤岛效应”的检测方法均具有其局限性，需要同时从电站管理上来杜绝检修人员伤亡事故的发生，当停电对设备和线路进行检修时，需要先断开并网逆变器。图1 方案二： 9栋标房屋顶的太阳能光伏阵列通过并网逆变器交流侧输出的电能，通过地下电缆与一个变电所连接。选择位于园区中心的#4变电所作为接入变电所。在变电所内设一并网进线总柜，选择变电所8号联络柜为9栋标房光伏并网系统接入点。并网接线示意图如附图2所示。 图2 方案三：9栋标房屋顶的太阳能光伏阵列通过并