光电建筑低压用户侧并网系统的研究_低压并网柜
时间：2019-05-19 03:26:31 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
摘 要： 本文以山西国际电力光伏发电有限公司在山西吕梁市柳林县新高中、新职中建设的太阳能光电建筑并网发电系统的应用为例，在介绍光伏建筑低压用户侧并网系统工作特点的基础上，阐述了光电建筑低压用户侧并网发电的技术要点，并从系统总体布局、电气设计等方面介绍了该工程并网的实践与应用。而其作为现阶段山西省最大的光伏建筑发电系统，不仅得到了山西省省委、省（市）政府领导的大力支持，也给中部其他地区大力发展节能减排起到了先锋示范作用，并为今后全国建设和推广光电建筑低压用户侧并网电站工程提供了理论性依据。
关键词： 光电建筑； 低压用户侧并网； 电气设计
中图分类号： TU832文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2012）03-0040-02
一、光电建筑低压用户侧并网将成为未来的发展趋势
资料显示，全球水能、风能和生物质能经济可开发资源总量约8太瓦（TW，1太瓦=10^12千瓦），而太阳能经济可开发资源高达600太瓦，是唯一能够保证人类未来需求的能量来源；太阳能电池的制造材料硅在地壳中的含量高达26%，不存在资源短缺和耗尽问题；光伏发电基本属于固态发电，没有转动部件，发电不用水，能够方便地与建筑结合，规模大小随意，建设周期短，可以直接安装在负荷中心，就地发电，就地使用；太阳能光伏发电无污染、零排放，不存在任何安全隐患，建设运行十分简单，可以做到无人值守。
大型荒漠电站是中压输电侧并网，属于发电站模式。我国的荒漠大部分在西部，而负荷中心在东部，长距离输电的条件在目前还不具备，就地消化也受到一定限制，于是就会有先加强电网建设，然后才能大规模建设光伏电站的结论。而长距离输送电网建设非一朝一夕就能建好，荒漠电站在现阶段快速启动国内光伏发电市场方面的作用比较有限。
目前，国际上并网发电占到总光伏市场的90%，而在并网光伏市场中，与建筑结合的用户侧并网发电系统占90%以上，德国在输电侧大型并网发电仅占10%，美国仅占6%。德国和日本的“10万屋顶计划”及美国的“百万屋顶计划”主要都是低压用户侧并网的分布式光伏发电系统。所以说光电建筑这类与建筑结合、就地发电就地使用的发用电模式，是光伏电力最有效的利用方式，加快推动光电建筑低压用户侧并网，是快速、规模化启动我国光伏发电市场的关键。
二、目前光电建筑低压用户侧并网技术成熟度和主要方式
光伏发电系统在计费点（计费电表）用户侧并入电网，称作“用户侧”并网。当光伏穿透率（光伏装机容量占峰值负荷比例）低时，不会有任何技术问题，美国将这一比例确定为15%，日本为20%。而当光伏穿透功率较大（如超过30%），在白天负荷较小的情况下，有可能出现光伏总功率高于总负荷，光伏电量则通过配电变压器向初级高压侧反送电，被称作“逆功率”，这会使配电网网压升高，造成安全隐患。对此，可以采用无功调压或安装防逆流装置来防止网压升高，仅会损失部分光伏电量。因此，无论是低穿透率还是高穿透率，光伏在用户侧并网都不会造成安全隐患，用户侧光伏并网的电能质量和安全性已经有国际电工委员会（IEC）标准和国家GB标准，所有技术问题都有成熟的解决方案。
光伏建筑低压用户侧系统的并网方案，最主要的方式有“上网电价”和“净电量”两种。光伏“上网电价”方式，即用户侧并网光伏发电系统自发自用，多余电量出售给电网，按照“净电表”方式运行，相当于电力公司按照销售电价购买光伏电量。“净电量”方式，即用户可以将光伏系统产生的电量来抵消原本需从电网购买的电量，此种方式无需由国家规定上网电价，也就是说电力公司无需高价收购光伏电量，光伏电量在发电侧内部负载侧并网，直接被负载消耗，因此易于操作。
三、山西发展太阳能与建筑一体化的有利条件
山西历来重视环保工作，先后出台多项政策扶持节能事业。从2007年开始，设立煤炭可持续发展基金，每年拿出100多亿元支持节能项目的发展，尤其支持发展低碳建筑。上述政策和基金有力推动了全省节能工作的开展，取得了非常好的效果。目前，山西省正大力扶持合同能源管理公司具体对节能环保项目进行投入和运作，以促进节能产业和新能源产业的快速发展，其中太阳能光电建筑应用属于主要扶持项目。通过该光电建筑应用示范项目的实施，将有力地推动山西合同能源管理模式的建立和完善，同时加速光电建筑应用迅速推广到全省各市，在全国起到带头示范作用。
四、项目的地理条件
本项目所在地地处黄土高原，日照充足。气候属半干旱大陆性季风气候，四季分明，差异悬殊。春季干燥，雨少风多；夏季炎热，雨量集中；秋季凉爽，气候宜人；冬季寒冷，降雪偏少。多年平均降水量502.5mm，年平均气温8.9℃左右。全年日照时数为2207小时～2974小时，年日照率为63%～65%。年平均接受太阳辐射量为5121（MJ/m2），属于我国二类太阳能资源区域，非常适合建设太阳能光电建筑应用项目。
五、项目的并网系统特点
本项目810.4千瓦光伏并网电站工程，采用光伏“上网电价”方式并网，逆变380V后直接并入电网，无须升压。同时，考虑线路较长，为了避免过多的线路损耗，设计采用多点就近并网方式，共11个发电单元（详细方案见表1），当太阳能所发电量仅供学校使用时，此时学校内部变压器为降压变压器，太阳能所发电量直接送至学校用电设备。当太阳能所发电量多于学校用电设备时，太阳能所发多余电量通过学校电网，送至学校变压器低压侧，此时变压器为升压变压器，将太阳能所发多余电量升压后，送至市内电网，供市内用电。
六、电气系统的设计
全站共设5台100KW并网逆变器及6台50KW并网逆变器。每个光伏并网发电单元的电池组件采用并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵初级防雷汇流箱后，再在逆变输入端进行二次汇流，然后经光伏并网逆变器逆变至380V就近接入当地电网。
本系统采用二级汇流方式，在太阳能电池组件方阵中安装汇流箱，进行一次汇流，所有组串经过汇流后的输出进入每个区域配电室的逆变器输入端，进行二次汇流。二级汇流箱安装在设备房，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再接至并网逆变器，方便操作和维护。在柜内设置开关和电压表，显示直流输入的电压，其中每台电柜接入汇流箱的数量由每个屋顶电站的组串数而定，输出1路，即同时起到二级汇流柜作用。使并网逆变器输入趋于平衡。
光伏并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心组成部分，它将太阳能发出的直流电能转化为交流电能馈入电网。该项目逆变器采用特变电工新疆新能源设备。该电源采用美国TI公司32位专用数字化DSP芯片控制，日本最先进的智能功率IGBT模块（IPM）组装主电路。采用的电流控制型PWM有源逆变技术，克服了晶闸管有源逆变的一切弊病，具有电网侧高功率因素正弦波电流、无谐波污染供电等特点，使电源可靠性大大提高。
七、环保效益和社会效益
太阳能属于绿色能源，而山西充分利用丰富的太阳能资源建设的光伏低压侧并网系统，可以有效地减少一般火力发电带来的粉尘、二氧化碳、二氧化硫等有害物质的排放，节省了宝贵的煤炭资源。不仅保护了生态环境，积极推广了绿色能源计划，对缓解公共电网的运行负荷也起到至关重要的作用。
光电建筑用户侧并网所发电量主要由用户自己使用。主要基于以下几点考虑：一是光伏发电时间是在用电峰值的白天，可直接在用电负荷中心全部就地消纳，不需新建电网和长距离输送，减少了接网费用和能量损耗；二是单个项目规模不大，发电量少，基本上可以实现自发自用，抵扣峰值用电，获得较好的经济效益；三是项目不占用土地，审批过程简单，投资主体灵活多样，节能环保示范效果显著，容易尽快形成规模。
该项目的光伏并网电站的建设，填补了山西省在大型光电建筑用户侧并网的空白，并为我国尝试在中部开展光电建筑用户侧并网发电技术的应用中迈出了坚实的一步。通过该项目的建设，探索出了太阳能用户侧并网技术与城市建筑结合的的示范先例，为今后光伏发电低压侧并网在城市的应用提供了较好的示范工程。
参考文献：
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[2] 袁晓，赵敏荣，胡稀杰，吕玉龙.太阳能发电并网技术的应用[J].上海电力，2006（4）：32-34.
