10KW分布式光伏电站系统规划与设计课程设计.docx

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10KW分布式光伏电站系统规划与设计课程设计

10KW分布式光伏电站系统规划与设计

课程设计

引言

分布式光伏发电是指在用户所在场地或附近建设运行，以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。

国家对分布式光伏发电系统一直采取积极鼓励的态度，并出台了一系列扶持措施。

尤其是去年底出台的《电力发展“十三五”规划》对分布式光伏设定了超常规发展目标：

“2020年，太阳能发电装机达到1.1亿千瓦以上，分布式光伏6000万千瓦以上”。

种种迹象显示，分布式光伏尤其是家庭分布式光伏即将迎来快速发展机遇期。

目前，我国光伏市场存在上网电价下调、弃光限电、可再生能源补贴缺口2017年预计将突破600亿元等问题，并且这些问题随着地面电站发展继续伴随左右，短期内这些问题也难以解决。

同时，地面电站主要靠领跑者计划拉动，本身装机量已比较有限。

而分布式光伏适合安装在工业园区、经济开发区、大型工矿企业以及商场学校医院等公共建筑屋顶，其优点在于靠近用户侧，成本低。

另外，屋顶造光伏可以起到隔热作用，既可以省电，又可以产电，一举两得。

据推算，中国分布式光伏市场未来具有发6万亿度电的承载能力。

在一系列因素催生下，未来更多的新增装机就要靠分布式光伏去实现。

此外，电改在配售电侧的推进，尤其是电力市场化交易的逐步建立，也将推升分布式光伏项目的建设需求，预计能源局力推多年的分布式光伏将从2017年起真正开始快速增长。

罗剑英等人对光伏电站的选址问题做了研究：

光伏电站的选址对降低电站初始投资和最大化提升收益至关重要。

本文从光伏电站选址影响因素出发，分析地面型和屋顶型分布式光伏电站选址方法。

并知道了地面型分布式光伏电站选址主要从光伏电站用地类型、地理地质、水文条件、交通运输条件和电力输送、负荷曲线等角度综合考虑选址的优缺点；对于屋顶型分布式光伏电站选址主要从建筑物的高度、屋顶的可利用面积、屋顶的类型与承载力、建筑物的产权、建筑物的用途、负荷曲线等角度综合考虑选址的优缺点。

山西中电科新能源技术有限公司的张瑾、王晓东对分布式光伏电站的设计做了研究：

设计分布式光伏电站，首先要认真研究项目建设的条件，分析选址资源情况，并合理选择光伏方阵布置的形式，通过多方案比较最后确定较为合理的技术方案。

第1章光伏发电系统的组成

1.1光伏发电的介绍

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。

主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。

太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

1.2光伏发电系统结构的组成

光伏发电系统的组成

光伏发电系统是利用光电效应原理将太阳能转换为电能的发电系统，通常由太阳电池组件、控制器、蓄电池组、直流/交流逆变器等组成，如图1所示。

太阳能

电池

蓄电池组

控制器

逆变器

直流负载

交流负载

图1光伏发电系统工作原理图

1.3光伏发电的系统分类

1.3.1离网光伏发电

独立光伏发电也叫离网光伏发电。

主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，若要为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。

独立光伏电站包括边远地区的村庄供电系统,太阳能户用电源系统，通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电系统。

1.3.2并网光伏发电

并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。

可以分为带蓄电池的和不带蓄电池的并网发电系统。

带有蓄电池的并网发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，还具有备用电源的功能，当电网因故停电时可紧急供电。

带有蓄电池的光伏并网发电系统常常安装在居民建筑；不带蓄电池的并网发电系统不具备可调度性和备用电源的功能，一般安装在较大型的系统上。

并网光伏发电有集中式大型并网光伏电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。

但这种电站投资大、建设周期长、占地面积大，还没有太大发展。

而分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持力度大等优点，是并网光伏发电的主流。

1.3.3分布式光伏发电

分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式供能，是指在用户现场或靠近用电现场配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现存配电网的经济运行，或者同时满足这两个方面的要求。

分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。

其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。

1.4分布式光伏发电的特点

分布式光伏发电系统的特点如下：

1、分布式光伏发电可实现就近供电，不必长距离输送，避免了长距离输电线路的损失。

2、太阳能不用燃料，运行成本很低。

3、太阳能发电没有运动部件，不易用损坏，维护简单，特别适合于无人值守情况下使用。

4、太阳能发电不会产生任何废弃物，没有污染、噪声等公害，对环境无不良影响，是理想的清洁能源。

5、太阳能发电系统建设周期短，方便灵活，而且可以根据负荷的增减，任意添加或减少太阳能方阵容量，避免浪费。

这些优点使得分布式光伏发电不存在较高的操作难度和危险性，安全性得到了保障，为广泛推广提供了现实的可行性。

第2章分布式光伏电站系统

2.1分布式光伏发电系统的组成

分布式光伏发电系统一般由太阳能电池板、DC/DC直流变换器、DC/AC逆变器、控制单元及相关负载等环节组成。

分布式光伏发电系统大体划分可分为独立光伏发电系统、多功能互补微电网发电系统和并网式光伏发电系统，其中独立式光伏发电系统即离网光伏发电系统，由光伏电池方阵、直流箱、控制器、储能装置（按需配置）、逆变器（按需配置）构成；而并网光伏发电系统由光伏电池方阵、直流配电箱、逆变器、交流配电箱、并网设备构成，详细分类如图2所示：

图2分布式光伏发电分类

2.2分布式光伏发电的优势

分布式光伏发电提倡就近发电、就近转换、就近并网、就近使用的原则，不但可以有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题，与传统光伏电站相比，分布式光伏发电有着独特的优势。

（1）装机容量小。

光伏发电站的规模一般都在数十万千瓦以上，而分布式光伏发电具有安装的灵活性，可按照负荷需要、安装场地、投资额度等状况确定发电容量。

（2）建设场地具有灵活性。

分布式光伏发电系统可安装在光照充沛的闲置空地、与建筑一体化建设或外加在建筑顶部，比起水能、风能等其他发电形式，场地要求相对灵活，更容易推进全民参与。

（3）并网容易。

现在一直困扰光伏发电发展的一个难题就是并网难的问题。

在我国，光照充足且适合建大型光伏电站的地方往往是偏远地区，电站的建设和并网难度都较大，即使有些大型电站能建成运行，也会因为不能并网使其发出的电成为“弃电”、“废电”。

分布式光伏发电一般是建在城市中，以家庭住宅、企事业单位为依托，只需要对现有电网管理稍加改造就能使其并网，同时还能解决用户自身的用电问题。

（4）硬件设备要求低。

分布式光伏发电系统之间都是互相独立的，且一般是小型系统，对供电等安装设备的要求较少，因为用户可以自由控制，所以不会出现大范围的停电事故，还可提高大电网安全可靠性。

同时，分布式光伏发电具有良好的调峰性能，在用电高峰可Ｗ缓解电网压力，且便于操作，由于系统运行的设施较少，能快速启停，在出现意外灾害时可以继续供电，成为集中供电方式的重要补充。

（5）投资成本低。

传统集中式光伏电站由于地理位置等原因，其建设和并网成本都较高，这使得发电系统前期投资远远大于所带来的收益，并且建设这种大型光伏电站需要大量的资金支持，使得投资者望而却步。

相较传统光伏发电大量资金的投资，分布式光伏发电投资较少，成本低，它大多分散在城市中，可Ｗ将各级党政机关、企事业单位和大量居民楼房转变为众多的“微型发电厂”，能够降低和分担投资风险。

（6）环保节能。

光伏发电的原理是通过光伏效应产生电能，发电过程中无污染、无噪音，有利于普及清洁能源知识和措施。

在推进分布式光伏发电过程中，能让人们更好的关注环境，自觉节约能源和保护环境。

2.3分布式并网光伏发电系统

分布式光伏发电系统连接到电力系统的电网中，成为电力系统的一部分，可为电力系统提供有功和无功电能，目前己成为光伏发电系统应用的主要方式。

在并网发电系统中，根据不同的分类标准，有不同的种类，可分为：

有逆流和无逆流光伏发电并网系统、可调度式和不可调度式光伏发电并网系统、切换型和交直流光伏并网发电系统。

（1）有逆流光伏发电并网系统和无逆流光伏发电并网系统

根据光伏发电并网系统所发出的电能是否能够输入电网中，可分为有逆流光伏发电并网系统和无逆流化伏发电并网系统。

有逆流光伏发电并网系统主要是指当光伏并网发电系统输出的电能足够供给负载并且电量有剩余时，可将剩余电量输送电网中；当发电系统发出的电能不足以供给负载时，可从电网中获得电能。

因为既可以向电网输送电能，又可以从电网中得到电能，因此称为有逆流光伏发电并网系统。

无逆流光伏发电并网系统是指光伏发电并网系统输出的电能即使能够供给负载后有剩余电量，也不会将剩余电量输送电网中；当发电系统发出的电能无法供给负载时，需要从电网中得到电能。

（2）可调度式光伏发电并网系统和不可调度式光伏发电并网系统

可调度和不可调度的区别在于是否有蓄电池。

当系统发出的电能多于所带负载消耗的电能时，系统就会通过控制器将多余电能存储到蓄电池内。

如果发出的电能不足时，通过电网补充电能，这种方式称为可调度式。

不可调度式是不带蓄电池的光伏发电并网系统。

由于没有蓄电池，因此使得整个发电系统的造价减少，并且提离了供电质量的可靠性。

不可调度式系统得到了广泛的应用。

（3）切换型和交直流光伏发电并网系统

切换型光伏发电并网系统主要由光伏电池、蓄电池、切换器、逆变器和负载组成。

当天气条件良好，光照充足，光伏电池发出的电量能够满足负载消耗时，发电系统与电网分离，由系统独立向负载提供电能；当天气条件差，如遇阴雨天，光伏电池所发出的电量不能满足负载消耗时，通过切换器切换到电网一侧，由电网向负载提供电能。

交直流光伏并网系统，系统中某些设各需要使用直流电，因此可Ｗ通过光伏发电系统滤波等措施调整直接向这些设备供电，并且提高了供电的可靠性。

而对于大部分的负载，还是需要交流电，因此需要通过将光伏发电系统发出的直流电逆变成交流电供交流负载使用。

2.4并网逆变器

并网逆变器是太阳能光伏系统中的关键部件，它将太阳能电池产生的直流电通过电力电子变换技术转换为能够直接并入电网、负载的交流能量。

其性能，效率直接影响整个太阳能光伏系统的效率和性能。

下面将从并网逆变器的分类来进行了解。

2.4.1并网逆变器的分类

1、按照隔离方式分类

包括隔离式和非隔离式两类，其中隔离式并网逆变器又分为工频变压器隔离方式和高频变压器隔离方式。

光伏并网逆变器发展之初多采用工频变压器隔离的方式，但由于其体积、重量、成本方面的明显缺陷。

近年来高频变压器隔离方式的并网逆变器发展较快，非隔离式并网逆变器以其高效率、控制简单等优势也逐渐获得认可，目前已经在欧洲开始推广应用，但需要解决可靠性、共模电流等关键问题。

2、按照输出相数分类

可以分为单相和三相并网逆变器两类，中小功率场合一般多采用单相方式，大功率场合多采用三相并网逆变器。

按照功率等级进行分类，可分为功率小于1kVA的小功率并网逆变器，功率等级1kVA~50kVA的中等功率并网逆变器和50kVA以上的大功率并网逆变器。

3、按照功率流向