50KW分布式光伏電站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)(課程匯報(bào))

1類型：課程設(shè)計(jì)2是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。只有實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的能源戰(zhàn)略，才能夠在"能31.1分布式發(fā)電系統(tǒng)的組成分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池板、DC/DC直流變換器、DC/AC逆變器、控制單元及相關(guān)負(fù)載等環(huán)節(jié)組成。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)大體劃分可分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、多功能互補(bǔ)微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)即離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，由光伏電池方陣、直流箱、控制器、儲(chǔ)能裝置(按需配置)、逆變器(按需配置)構(gòu)成；而并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏電池方陣、直流配電箱、逆變器、交流配電箱、并網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成，詳細(xì)分類如圖1.1所示：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)1.2分布式光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)分布式光伏發(fā)電提倡就近發(fā)電、就近轉(zhuǎn)換、就近并網(wǎng)、就近使用的原則，不但可有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長(zhǎng)途運(yùn)輸中的損耗問題，與傳統(tǒng)光伏電站相比，分布式光伏發(fā)電有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[2]。(1)裝機(jī)容量小。光伏發(fā)電站的規(guī)模一般都在數(shù)十萬千瓦以上，而分布式光伏發(fā)電具有安裝的靈活性，可按照負(fù)荷需要、安裝場(chǎng)地、投資額度等狀況確定發(fā)電容量。(2)建設(shè)場(chǎng)地具有靈活性。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可安裝在光照充沛的閑置空地、與建筑一體化建設(shè)或外加在建筑頂部，比起水能、風(fēng)能等其他發(fā)電形式，場(chǎng)地要求相對(duì)靈活，更容易推進(jìn)全民參與。4(3)并網(wǎng)容易?，F(xiàn)在一直困擾光伏發(fā)電發(fā)展的一個(gè)難題就是并網(wǎng)難的問題。在我國(guó)，光照充足且適合建大型光伏電站的地方往往是偏遠(yuǎn)地區(qū)，電站的建設(shè)和并網(wǎng)難度都較大，即使有些大型電站能建成運(yùn)行，也會(huì)因?yàn)椴荒懿⒕W(wǎng)使其發(fā)出的電成為"棄電"、"廢電"。分布式光伏發(fā)電一般是建在城市中，以家庭住宅、企事業(yè)單位為依巧，只需要對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)管理稍加改造就能使其并網(wǎng)，同時(shí)還能解決用戶自身的用電問題。(4)硬件設(shè)備要求低。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之間都是互相獨(dú)立的，且一般是小型系統(tǒng)，對(duì)供電等安裝設(shè)備的要求較少，因?yàn)橛脩艨梢宰杂煽刂?，所以不?huì)出現(xiàn)大范圍的停電事故，還可提高大電網(wǎng)安全可靠性。同時(shí)，分布式光伏發(fā)電具有良好的調(diào)峰性能，在用電高峰可以緩解電網(wǎng)壓力，且便于操作，由于系統(tǒng)運(yùn)行的設(shè)施較少，能快速啟停，在出現(xiàn)意外災(zāi)害時(shí)可W繼續(xù)供電，成為集中供電方式(5)投資成本低。傳統(tǒng)集中式光伏電站由于地理位置等原因，其建設(shè)和并網(wǎng)成本都較高，這使得發(fā)電系統(tǒng)前期投資遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所帶來的收益，并且建設(shè)這種大型光伏電站需要大量的資金支持，使得投資者望而卻步。相較傳統(tǒng)光伏發(fā)電大量資金的投資，分布式光伏發(fā)電投資較少，成本低，它大多分散在城市中，可以將各級(jí)黨政機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位和大量居民樓房轉(zhuǎn)變?yōu)楸姸嗟?微型發(fā)電廠",能(6)環(huán)保節(jié)能。光伏發(fā)電的原理是通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生電能，發(fā)電過程中無污染、無噪音，有利于普及清潔能源知識(shí)和措施。在推進(jìn)分布式光伏發(fā)電過程中，能讓人們更好的關(guān)注環(huán)境，自覺節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。1.3分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)連接到電力系統(tǒng)的電網(wǎng)中，成為電力系統(tǒng)的一部分，可為電力系統(tǒng)提供有功和無功電能，目前己成為光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的主要方式。在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，有不同的種類，可分為：有逆流和無逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)、可調(diào)度式和不可調(diào)度式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)、切換型和交直流光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)[3]。(1)有逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)和無逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)出的電能是否能夠輸入電網(wǎng)中，可分為有逆流光5伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)和無逆流化伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。有逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要是指當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能足夠供給負(fù)載并且電量有剩余時(shí)，可將剩余電量輸送電網(wǎng)中；當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能不足以供給負(fù)載時(shí)，可從電網(wǎng)中獲得電能。因?yàn)榧瓤梢韵螂娋W(wǎng)輸送電能，又可以從電網(wǎng)中得到電能，因此稱為有逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。無逆流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是指光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的電能即使能夠供給負(fù)載后有剩余電量，也不會(huì)將剩余電量輸送電網(wǎng)中；當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能無法供給負(fù)載時(shí)，需要從電網(wǎng)中得到電能。(2)可調(diào)度式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)和不可調(diào)度式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)可調(diào)度和不可調(diào)度的區(qū)別在于是否有蓄電池。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出的電能多于所帶負(fù)載消巧的電能時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過控制器將多余電能存儲(chǔ)到蓄電池內(nèi)。如果發(fā)出的電能不足時(shí)，通過電網(wǎng)補(bǔ)充電能，這種方式稱為可調(diào)度式。不可調(diào)度式是不帶蓄電池的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)。由于沒有蓄電池，因此使得整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)減少，并且提離了供電質(zhì)量的可靠性。不可調(diào)度式系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。(3)切換型和交直流光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)切換型光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要由光伏電池、蓄電池、切換器、逆變器和負(fù)載組成。當(dāng)天氣條件良好，光照充足，光伏電池發(fā)出的電量能夠滿足負(fù)載消耗時(shí)，發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)分離，由系統(tǒng)獨(dú)立向負(fù)載提供電能；當(dāng)天氣條件差，如遇陰雨天，光伏電池所發(fā)出的電量不能滿足負(fù)載消耗時(shí)，通過切換器切換到電網(wǎng)一側(cè)，由電網(wǎng)向負(fù)載提供電能。交直流光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)中某些設(shè)各需要使用直流電，因此可以通過光伏發(fā)電系統(tǒng)濾波等措施調(diào)整直接向這些設(shè)備供電，并且提高了供電的可靠性。而對(duì)于大部分的負(fù)載，還是需要交流電，因此需要通過將光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電逆變成交流電供交流負(fù)載使用。根據(jù)以上光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的分類介紹，本文設(shè)計(jì)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是并網(wǎng)系統(tǒng)，是接入低壓配電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)，有逆流的光伏發(fā)電系統(tǒng)，同時(shí)也是交直流光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，位于衢州市衢江區(qū)居民屋頂，成功并入國(guó)家電網(wǎng)。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：6圖1.2光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成其中，光伏陣列主要由太陽能電池板構(gòu)成，當(dāng)光照射在太陽能電池板表面，太陽能電池板陣列輸出的直流電，經(jīng)光伏并網(wǎng)逆變器最大功率點(diǎn)跟蹤控制、逆變后，產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同頻、同相的交流電，送入電網(wǎng)中。1.4并網(wǎng)逆變器的系統(tǒng)概述太陽能電池板輸出的是直流電，而電網(wǎng)側(cè)是50HZ的交流電，需要采用并網(wǎng)逆變器作為電能轉(zhuǎn)換裝置將光伏陣列所輸出的直流電變換成交流電送入電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核也是并網(wǎng)逆變器，其控制系統(tǒng)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性1.4.1并網(wǎng)逆變器的分類(1)根據(jù)據(jù)輸出交流電壓的相數(shù)可以分為單相逆變器和三相逆變器；(2)根據(jù)有無電氣隔離，可將逆變器分為隔離型和非隔離型。隔離型并網(wǎng)逆變器中根據(jù)工作頻率可分為工頻和高頻兩類，工頻隔離逆變器是將太陽能電池陣列產(chǎn)生的直流電先經(jīng)DC/AC逆變電路轉(zhuǎn)化成交流電能后，再經(jīng)過工頻變壓器輸入電網(wǎng)；高頻隔離逆變器是通過輸入側(cè)的DC/AC電路先將太陽能電池陣列輸出的直流電能轉(zhuǎn)換成高頻的交流電能，之后通過高頻變壓器進(jìn)行調(diào)壓和隔離，再經(jīng)過AC/DC高頻整流電路獲得相應(yīng)電壓等級(jí)的直流，最后通過輸出側(cè)的DC/AC環(huán)節(jié)將整流后的直流逆變成工頻交流電能并入電網(wǎng)[4]。非隔離型并網(wǎng)逆變器按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可分為單級(jí)和多級(jí)兩類。(3)根據(jù)控制方式分類，可以分為電壓源電壓型、電壓源電流型、電流源電壓型和電流P電流型[5]。從輸入看，逆變器分為電壓型和電流型，電壓源型7(1)自動(dòng)開關(guān)。根據(jù)日照條件，盡量發(fā)揮光伏陣列輸出功率的潛力，檢測(cè)組件電壓，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開始和停止。(2)最大功率跟蹤(MPPT)控制。太陽能電池板的輸出功率會(huì)隨著外界溫(3)諧波抑制。并網(wǎng)時(shí)能抑制高次諧波流入電網(wǎng)，減少對(duì)電網(wǎng)的影響。(4)防止孤島運(yùn)行。若系統(tǒng)所在地的電網(wǎng)意外斷開后，并網(wǎng)逆變器未檢測(cè)到故障仍持續(xù)工作，此時(shí)的并網(wǎng)系統(tǒng)與周圍的負(fù)載形成了一個(gè)自給供電的孤島，傷害，并網(wǎng)逆變器需要具有防止孤島效應(yīng)的功能。(5)故障情況排解與停止運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)所在地電網(wǎng)或逆變器發(fā)生故障時(shí)，1.5并網(wǎng)逆變器的控制方式控制方式是控制系統(tǒng)最核也的部分，它影響著系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能8變器輸出的電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出是采用電流控制方式時(shí)，電網(wǎng)就等效為一個(gè)恒巧源，這時(shí)的系統(tǒng)就可看成是恒壓源與電流源并聯(lián)，目前大多數(shù)的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)都采用電流控制方式。光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器就應(yīng)該使控制輸出的并網(wǎng)電流為富質(zhì)量的穩(wěn)定的正弦波，其控制目標(biāo)為7]:(1)控制輸出的并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓必須同頻同相；(2)逆變器的輸出端連接電網(wǎng)，而電網(wǎng)是一個(gè)擾動(dòng)量。在太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)控制系統(tǒng)中，除了用同步鎖相控制環(huán)(PLL)來保證并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相，也將常規(guī)逆變器的波形控制技術(shù)應(yīng)用于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變器控制之中。目前有各種不同的控制策略，但用的最多的是滯環(huán)電流控制、無差拍控制、雙環(huán)控制、多環(huán)控制和正弦脈寬調(diào)制技術(shù)。雙環(huán)控制是逆變器控制中使用比較廣泛的控制策略，它包括并網(wǎng)逆變器的直流電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制[8]。并網(wǎng)逆變器中的外環(huán)控制是電壓控制，電壓外環(huán)是能量控制環(huán)節(jié)，而電流內(nèi)環(huán)則用來實(shí)現(xiàn)電流的快速控制。其中，電流內(nèi)環(huán)控制是光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中控制的關(guān)鍵，主要在于它不但對(duì)并網(wǎng)電流的質(zhì)量有影響，同時(shí)還能決定外環(huán)能量流指令是否能夠可靠實(shí)現(xiàn)，電壓電流雙環(huán)控制方式的原理框圖如圖1.3所示：十P圖1.3雙環(huán)控制方式原理圖電壓電流雙環(huán)控制方式，具有控制簡(jiǎn)單，控制效果較好，諧波頻率固定，能減小并網(wǎng)環(huán)流等特點(diǎn)。9第2章分布式光伏電站的設(shè)計(jì)項(xiàng)目初步裝機(jī)容量設(shè)計(jì)為50.18KWp由于光伏組件均采用鋼支架朝南布置與水平屋頂上。系統(tǒng)共1套光伏列陣50.18KW系統(tǒng)組件容量50.18KW根據(jù)方陣排列方式以及組件峰值工作電流大小固定方陣接線采用多路比較合適。本項(xiàng)目共安裝260Wp多晶硅光伏組件193塊總裝機(jī)容量為50.18KWp。該系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)屋頂安裝容量50.18千瓦太陽電池組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入公共電網(wǎng)，并網(wǎng)系統(tǒng)中光伏方陣所產(chǎn)生的電力除了供給交流負(fù)載外多余的電力反饋給電網(wǎng)。在陰雨天或夜晚，太陽電池組件沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負(fù)載需求時(shí)就由電網(wǎng)供電。2.2設(shè)備選型2.2.1組件選型由于項(xiàng)目場(chǎng)址排布密集，采用高效率大功率多晶硅組件，組件間連接點(diǎn)少，施工進(jìn)度快；且故障機(jī)率減少，接觸電阻小，線纜用量少，系統(tǒng)整體損耗相應(yīng)降低既節(jié)約成本又提高效率增加效益。同時(shí)綜合考慮組件效率、技術(shù)成熟性、市場(chǎng)占有率以及采購訂貨時(shí)的可選擇余地結(jié)合場(chǎng)區(qū)面積。本工程推薦選用260Wp多晶硅光伏組件。如圖2.1所示：太陽能組件各項(xiàng)性能指標(biāo)如表2.1所示。開路電壓37.6伏短路電流8.97安功率260瓦最佳工作電流8.32安最佳工作電壓31.3伏組件轉(zhuǎn)換效率旁路二極管額定值大于400伏玻璃類型淬火、低鐵、用于太陽能板的鋼化玻璃防護(hù)等級(jí)邊框表面經(jīng)陽極處理的鋁合金太陽能電池板輸出功率偏差在0～+5瓦該產(chǎn)品是定型的成熟產(chǎn)品，在中國(guó)國(guó)家重大工程項(xiàng)目中參與建設(shè)中國(guó)西部"光明"工程，完成了包括世博主題館屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目、中國(guó)西部嘉峪關(guān)大型荒漠光伏電站、意大利、德國(guó)及日本大型光伏電站等在內(nèi)的共計(jì)約400個(gè)大型電站項(xiàng)目。2.2.2逆變器選型逆變器是光伏系統(tǒng)中的最關(guān)鍵的部件，主要功能是將組件所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電并達(dá)到用戶及電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)還具有保護(hù)、監(jiān)控等功能。本項(xiàng)目擬選用深圳市首航新能源有限公司并網(wǎng)逆變器。各項(xiàng)性能指標(biāo)如下：(1)最大效率98.4%;事實(shí)精確的MPPT算法，確保最大收益；輸入電壓范圍，從200V到800V。(2)系統(tǒng)功能：直流開關(guān)；直流浪涌保護(hù)器；交流浪涌保護(hù)器；內(nèi)置光伏匯流箱；能量管理模塊。(3)低維護(hù)成本：可拆卸下蓋，方便安裝；全鋁防銹上蓋；靈活且成熟的監(jiān)控解決方案；可通過設(shè)置多功能繼電器來顯示各種逆變器信息。(4)智能電網(wǎng)管理：具備低電壓穿越功能；無功可調(diào)功能；電網(wǎng)過頻時(shí)，自動(dòng)降載；遠(yuǎn)程有功限制功能2.2.3支架選型混凝土屋面的廠房采用水泥負(fù)重塊安裝，不破壞原有屋面的防水層?；炷疗轿蓓敼夥M件安裝如下圖2.2所示2.2.4光伏組件的安裝傾角設(shè)計(jì)該電站位于衢州市某工廠內(nèi)，當(dāng)?shù)貣|經(jīng)118°,北緯29°,安裝傾角35度。50KW光伏屋頂由南北朝向，南北均無高大建筑物，無遮陰情況，日照充分。計(jì)劃在工廠屋頂裝設(shè)太陽能光伏電池組件板建設(shè)太陽能光伏發(fā)電示范系統(tǒng)。組件安裝結(jié)構(gòu)要經(jīng)得住風(fēng)雪等環(huán)境應(yīng)力，安裝孔位要能保證容易安裝和機(jī)械的受力，推薦使用正確的安裝結(jié)構(gòu)材料可以使得組件框架、安裝結(jié)構(gòu)和材料的腐蝕減至最小。安裝傾角結(jié)構(gòu)框圖如下圖2.3所示。圖2.2安裝傾角結(jié)構(gòu)框圖當(dāng)光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)接口處頻率超出規(guī)定的頻率范圍時(shí)(±0.5HZ過、欠頻配電安裝：掛壁明裝，根據(jù)進(jìn)出電纜電線的方向及橋架的規(guī)格，在配電壞電線電纜。配電采用膨脹螺栓在墻上固定。本項(xiàng)目全年平均日輻照量=3.8KW.h/m2,年輻照量=2200KW.h/m2，該安裝容量50KW,系統(tǒng)無故障率0.95，那么KWKW發(fā)電量約為144.4*365=52706KW.h。投資收益率：70620/500000=14.12%投資收回年限：500000/70620=7年凈收益可達(dá)130.9萬元。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后期的維護(hù)費(fèi)用幾乎沒有。4.2經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)需要綜合考慮項(xiàng)目的盈利能力、償債能力和運(yùn)營(yíng)能力。項(xiàng)目的盈利能力是指投資者依據(jù)未來能否盈利W及盈利水平的高來決定是否投資，這與項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益直接相關(guān)。償債能力是指在壽命周期內(nèi)資產(chǎn)，尤其是現(xiàn)金資產(chǎn)對(duì)于債務(wù)的償還能力，也是對(duì)投資的回收的能力。償債能力是金融機(jī)構(gòu)對(duì)項(xiàng)目融資決策的依據(jù)，也決定了項(xiàng)目能否健康穩(wěn)定發(fā)展。項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)能力體現(xiàn)項(xiàng)目資產(chǎn)生產(chǎn)收益的效率，即項(xiàng)目充分利用自身資產(chǎn)新創(chuàng)造財(cái)富的能力。項(xiàng)目在盡可能短的時(shí)間內(nèi)獲得盡量多的收益，盡可能多的生產(chǎn)產(chǎn)品，則其運(yùn)營(yíng)能力越強(qiáng)[10]。光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)期較短，項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)時(shí)間較長(zhǎng)約為20年，運(yùn)營(yíng)期內(nèi)成本費(fèi)用以及利潤(rùn)、現(xiàn)金流波動(dòng)較大。由于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的發(fā)展正處于初始發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)收益的周期較長(zhǎng)。4.3技術(shù)效益評(píng)價(jià)太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目的技術(shù)評(píng)價(jià)包括對(duì)系統(tǒng)建設(shè)選址的效果W及系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)能力的評(píng)價(jià)。選址首先考慮的是地區(qū)太陽能資源的豐富性，還需要考慮該地區(qū)電網(wǎng)對(duì)光伏電力調(diào)度過程中矛盾的協(xié)調(diào)，利益分配的能力，具體需要對(duì)太