光伏发电监测报警系统

光伏发电监测报警系统（精选11篇）

光伏发电监测报警系统 第1篇

随着电力系统的发展, 光伏发电在系统中所占的比例越来越大。光伏发电受太阳辐照强度强度、温度、风速等环境因素影响较大, 其发电特点具有随机性、间歇性, 并网运行时对电网调峰、系统安全运行及电能质量带来严重影响[8]。因此, 有必要对整个光伏发电系统的运行状况及并网点参数进行监测。通过对监测数据采集、分析、处理、查询, 掌握发电系统的当前运行状况, 及时发现异常情况并采取有效措施。文章结合LPC2368、ADE7880、直流采样、环境参数采集设计出一种的光伏发电系统监测装置, 该装置不仅能对光伏发电系统常规数据进行采集, 还能有效监测光伏发电系统谐波、功率因数、谐波畸变率等电能质量参数。

1监测系统硬件设计

光伏发电系统监测装置由监控主机、监测单元、环境参数采集盒三部分组成, 如图1所示。监控主机实现监测数据的记录、显示、数据分析、数据查询、系统管理等功能。监测单元实现光伏发电系统交直流参数的采集及测量。环境参数采集盒实现温度、太阳辐照度和风速数据的采集与上传。监测单元、环境参数采集盒利用RS485总线与监控主机通信。

1.1监控单元硬件设计

监控单元主要由LPC2368处理器、交流传感器及信号调理电路、ADE7880高精度计量芯片、直流传感器及信号调理电路、AD转换器、液晶触摸显示屏组成, 如图2所示。

LPC2368处理器作为本设计的控制核心, 用于实现ADE7880的初始化及相关测量数据的获取、存储, 以及与监控主机的通信, ADE7880三相高精度多功能计量芯片, 实现光伏发电系统交流参数的采集及测量, AD采样器实现直流参数的采集, 液晶触摸显示屏实现光伏发电系统监测数据的就地显示。

信号调理电路主要功能是将模拟信号经过滤波、放大、等环节调理至ADE7880输入所要求的范围。对测量结果影响最大的是采样精度, ADE7880芯片在内部硬件上保证了信号的采样精度, 数字滤波器的加入进一步提高了芯片的测量精度。为了消除外部传感器非线性和精度对测量结果的影响, 本设计采用电阻分压网络实现对电压信号采样, 采样电阻采用高稳定、温漂小的精密电阻, 并设计RC抗混叠滤波器对信号进行滤波处理, 电压信号通道如图3所示。

图3中输出电压信号的幅值为:

小于ADE7880最大输入信号幅值0.5V。抗混叠低通滤波器根据转折频率值为设置为8k Hz, 根据式 (2) 计算选取低通滤波器电阻值R=1kΩ, C=22n F。

TVS为过压保护防止电网瞬间高压对电路造成损害, 磁珠用于吸收来自电网的高频干扰。

电流通道采用锰铜片对电流信号进行采样, 电流信号被锰铜采样为电压信号经放大后输入到ADE7880电流通到, 如图4所示。

本设计中锰铜采样电阻采用1毫欧, 精密放大电路对信号进行6倍放大后, 经过后续的抗混叠滤波处理输入到ADE7880的电流通到, 磁珠用于吸收来自电网的高频干扰。

ADE7880具有三个串行接口:一个完整许I2C接口、一个串行外设接口 (SPI) 和一个高速数据采集端口 (HSDC) 。ADE7880具有四种工作模式 (正常功耗模式、降耗模式、低功耗模式、休眠模式) , 具体的模式由PM0和PM1引脚的状态决定。为了在满足数据采集速度的基础上, 提高数据采集的灵活性, 本设计采用LPC2368的SPI接口实现与ADE7880通信, LPC2368的SPI工作在主机模式。LPC2368与ADE7880的接线原理图如图4所示。图5中, LPC2368的P1.19、P1.20分别与ADE7880的PM0、PM1连接, 用于控制ADE7880的工作模式。

1.2环境参数采集盒硬件设计

环境参数采集盒由MSP430处理器、温度传感器、辐照度传感器、风速传感器等组成, 如图6所示。MSP430处理器作为采集盒的控制核心, 用于实现对传感器的初始化、控制、测量以及与监控主机的通信, 辐照度传感器、温度传感器、风速传感器实现太阳辐照度、组件温度、环境温度和风速等环境参数的采集。

2监测装置软件设计

2.1主程序设计

图6环境参数采集盒结构图

在本设计中, 各个功能模块均在中断中完成, 而主程序主要任务是:完成系统初始化;进入主循环判断各个标志 (为了明确主程序调用各子功能模块的选择性, 在主程序中定义了调用各子功能模块的标志位) ;条件满足 (标志为1) , 调用各个子功能模块;子程序处理完毕, 返回到主循环中。主程序的编写采用循环结构, 功能模块化的方案, 对每一个子功能设定标志位, 在循环中通过不断的判断标志位, 来表明要进入哪一个功能模块去执行任务。这种方法使整个主程序设计的思路清晰, 每个子模块的功能分配明确, 从而有利于软件的调试、修改和维护, 监控单元的主程序流程框图如图7所示。

主程序中, 首先进行系统软件初始化及硬件初始化, 包括各种硬件控制字的读写、特殊功能寄存器及存储器的配置、标志位及变量的定义、ADE7880模块的初始化等, 启动看门狗电路进入主程序的循环。在主循环中, 确认与上位机发送接收情况, 确认ADE7880交流参数计算结果、确认直流参数采集结果和环境参数采集结果等。在主程序循环中, 所有的功能模块只有条件满足后才执行, 反之, 则立即判断下一功能模块。

2.2 ADE7880的初始化程序设计

ADE7880具有四种工作模式, 具体的模式由PM0和PM1引脚的状态决定) 。这两个引脚控制ADE7880的工作模式, 通过LPC2368的P1.19, 和P1.20便可以设置ADE7880的工作模式。

上电复位后, 当ADE7880进入PSM0模式时, 活跃串行端口是I2C接口。由于本设计中使用SPI接口, 因此必须将SS/HAS从高电平到低电平切换三次。此操作会选择SPI接口, 然后对CONFIG2寄存器执行写操作以锁定SPI接口。进入PSM0之后, ADE7880会立刻将所有寄存器设为其默认值。ADE7880的DSP最初处于空闲模式, 此时可以初始化所有ADE7880寄存器。初始化序列中的最后一个寄存器必须写入三次, 以确保该寄存器已完成初始化。然后, 向RUN寄存器中写入0x0001, 以启动DSP。ADE7880初始化的部分程序如下所示:

3监测装置的实验测试

利用监测装置对光伏并网发电系统进行了现场测试, 部分测试结果如表1、表2所示。

4结束语

文章结合LPC2368、ADE7880、直流采样、环境参数采集盒设计出一种光伏发电系统监测装置, 通过现场运行测试, 表明该装置不但能监测光伏发电系统电压、电流、功率、环境参数等常规数据, 还能监测光伏发电系统的发电效率, 以及谐波、功率因数、谐波畸变率等电能质量参数, 掌握发电系统的当前运行状况, 及时发现异常并采取措施。该装置不仅能用于光伏发电系统的监测, 也可也用于风力发电等其它新能源发电的数据监测。

摘要：文章结合LPC2368、ADE7880、直流采样、环境参数采集设计出一种的光伏发电系统监测装置, 该装置利用LPC2368控制器控制对光伏系统现场发电系统数据的采集, 通过与监控主机连接能够对监测数据采集、分析、处理、查询。该装置不仅能对光伏发电系统常规数据进行采集, 还能有效监测光伏发电系统发电效率, 以及谐波、功率因数、谐波畸变率等电能质量参数。

关键词：ADE7880,LPC2368,光伏系统,锰铜电阻,环境参数采集盒

参考文献

[1]Evaluating the ADE7880 Energy Metering IC[Z].Analog Devices, Inc., USA, 2012.

[2]Polyphase Multifunction Energy Metering IC with Harmonic Monitoring[Z].Analog Devices, Inc., USA, 2012.

[3]胡志刚, 许凯, 崔永峰.电能计量芯片ADE7878在智能表中的应用[J].电测与仪表, 2010, 47 (7) :128-131.

[4]胡生清, 幸国全.未来的仪器仪表——虚拟仪器[J].自动化与仪表, 1999, 14:53-55.

[5]黄旭, 田立军, 秦英林, 等.基于Lab VIEW的电能质量综合监测及故障录波系统[J].电力自动化设备, 2009, 29 (1) :120-123.

[6]刘沛津.基于虚拟仪器技术的在线谐波测量分析系统[J].继电器, 2004, 32 (4) :48-52.

[7]刘宏, 陈慧玲, 庞胜利.光伏并网电站数据采集监测系统[J].可再生能源, 2006, 5 (129) :74-76.

[8]刘莉敏.并网光伏发电分布式数据采集监测系统的研究[D].中国科学院电工研究所.

光伏发电生产运行管理系统设计原理 第2篇

随着光伏行业的发展，光伏发电技术已经趋于成熟和完善。发电企业愈来愈关心的问题就是如何减少发电量损失、提高发电效益、最大限度提升生产运维管理水平。

传统电站的运维模式：在设备管理方面，库管对设备的入库、出库信息进行手写登记，容易出现资料丢失、后期查看不方便或者工作交接有遗漏等问题；在人员管理方面，存在分工不明确，没有工作票、操作票货两票填写不规范等现象；在发电量统计方面，传统的人工抄表方式会导致电量信息误报、少报、不及时等问题。总之，在传统电站管理模式中，电站运行信息、设备状态及人员信息不能及时、准确地传达到决策层，不能为领导层决策分析提供可靠的理论依据。

国能日新结合光伏发电企业以及下属各电站的管理与运维模式，研究开发了光伏发电生产运行管理系统，为发电企业解决以上难题，实现电站高效监控及规范化管理，对设备故障及时诊断与定位，减少发电量损失，提高发电效益。

光伏发电系统最大发电量分析 第3篇

关键词：光伏；最大发电量

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

一、光伏发电系统

系统利用太阳能光伏效应转化太阳能为电能。相对于火力发电，光伏发电不会造成环境破坏，并且不会产生机械传动，光伏发电系统通常有太阳能电池组件、防雷汇流箱、太阳能充放电控制器、逆变器等构件。

（1）太阳能电池。太阳能电池组件是光伏发电系统中至关重要的部分，光伏组件的总投资占到了光伏电站投资成本的1/2，主要负责将太阳能转换为太阳能。太阳能电池组件转化率是光伏系统中最重要的性能参数。（2）汇流箱。太阳能光伏发电系统中，为了减少光伏方阵及其连接逆变器之间连接电缆和接点数量，使用汇流箱，串联相同型号和个数太阳能电池组成组串，根据逆变器参数确定逆变器组串，并将多个组串并联进入光伏汇流防雷箱，通过汇流箱汇集电流到一点。（3）太阳能控制器。通常在离网光伏发电系统中应用，主要用于控制蓄电池充放电，国内主流控制器主要有24V、48V、220V等几种类型。（4）逆变器。逆变器能够转换太阳能电池方阵直流电为需要频率的交流电，逆变器主要有开网和并网两种类型。

二、光伏组件安装倾角优化

太阳能光伏发电系统为了能够在全年都获得较大的太阳辐射量，光伏组件采光面通常使用面向赤道倾斜方式，北半球的光伏电站组件均向南倾斜放置。光伏发电系统光伏组件倾角对系统发电量有着很大影响，因而确定组件安装倾角是获得系统最大发电量的重要措施。

（一）太阳能辐射量计算

水平面和倾斜面上获得辐射量符合光直射散射分离原理，总辐射量等于直接辐射和散射辐射之和，但是光伏组件阵列面上获得的辐射有光线射向地面反射到组件表面的辐射，水平面上则没有，但是气象站通常只有水平面上的太阳能辐射资料。光伏组件接收平均太阳能辐射量主要受到太阳能辐射量、周围环境温度以及其他设备特性的影响，光伏组件安装通常倾斜进行，计算光伏阵列输出需要将水平面上记录辐射强度反应到倾斜面上，需要通过复杂的数学模型确定倾斜面上的辐射量。

倾角β下斜面太阳能辐射强度模型如下：

倾斜面和水平面直接辐射之比如下：

式中φ-当地纬度；

δ-太陽赤纬；

ω-时角；

n-一年从1月1日其算天数；

ρ-地表反射率。

根据当地纬度和气象资料，就能够求出赤道放置倾斜角β时的倾斜太阳能辐射量。

（二）太阳能电池电力输出计算

太阳能电池输出为曲线特性，温度、光照强度和用电负荷等均会对输出曲线造成影响。温度和光照强度一定的情况下只有在某一个特定输出电压下光伏系统输出功率才能够得出最大值，这就是光伏发电系统最大功率跟踪技术。太阳能电池发电率主要受光照影响，在夜晚或者多云情况下电池输出较少，温度较高时太阳能电池功率将会下降。如下是一种比较实用的模型。

式中E-光伏电池电力输出；

Ht-入射太阳辐射强度；

T-光伏电池表面温度；

c1-实验标定常数；

Hf-标定太阳辐射强度；

C2-太阳能电池组件温度系数。

（三）最佳倾角计算

离网光伏系统通常要求在冬季保持较大的发电量，但是对于一些特殊的离网供电系统要求全年不断电，对于这种系统要保证全面最小辐射量的那天也能够保证光伏的正常工作。冬至日是夜晚时间最长的一天，因而要求光伏阵列倾角需要调整到冬季接收辐射量最大保证冬至日也能够提供相当的发电量。对于并网光伏电站，通常有着较大的装机容量，想要获得最大的发电量，需要选择合适的倾角。使用固定式安装方法倾角越大，装机容量一定情况下，需要占用的面积越大。

三、自动跟踪系统

（1）平单轴跟踪系统。使用一根轴改变电池组件角度，调整太阳光使之垂直与电池组件面板，提高光伏转化率。单轴跟踪系统使用固定转速旋转，通过单轴跟踪支架使太阳能电池面板法线方向和太阳能电池面板法线夹角最小，从而提高光伏系统的发电效率。（2）斜单轴跟踪系统。单轴系统转动轴和地面成一定倾角被称为极轴单轴跟踪。倾斜单轴跟踪直接固定在太阳电池组件倾角上，围绕倾斜周追踪太阳方位，争取获得更大发电效率。（3）双轴跟踪系统。双轴跟踪系统沿着两个旋转轴运动，和斜单轴不同，倾斜角度同样能够调整，因而在理论上能够获得零入射角。电机动力输出通过涡轮蜗杆转化为水平面回转运动馆，并通过位置传感器进行系统转动角度的采集，双轴跟踪是两个角度的跟踪，跟踪效果优于单轴跟踪。对比以上几种跟踪系统，相同容量和规格情况下，双轴系统安装占地面积最大，斜单轴次之，平单轴系统占地面积最小。光伏电站纬度越高，支架投入将越大，获得的发电量越不经济。

四、方阵设计

组件串接方式多种多样，但是为了降低施工复杂程度，采用双联排排列方式，减少占地面积，节省施工线缆长度，并且后期维护工作量少，工作难度小。使用固定方式安装光伏电池组件单元时，需要考虑两排光伏点知组件之间的相互遮挡，会造成光伏单元发电效率的下降。组件前后排最小距离D计算公式如下：

通过计算，能够获得最合理的方阵间距。

五、结束语

迫于能源危机的压力，各国家纷纷开始研究化石能源的替代能源，但是光伏发电系统的效率和经济性问题仍然未能得到很好的解决，研究光伏发电系统最大发电量，对提高光伏发电系统发电效率，促进光伏发电系统的建设和发展有着重要的意义。

参考文献：

太阳能光伏发电系统的系统优劣 第4篇

优点:a) 太阳能取之不尽, 用之不竭, 地球表面接受的太阳辐射能, 能满足全球能源需求的10 000倍。太阳能发电安全可靠, 不会遭受能源危机或燃料市场不稳定的冲击;b) 太阳能随处可处, 可就近供电, 不必长距离输送, 避免了长距离输电线路的损失;c) 太阳能不用燃料, 运行成本很低;d) 太阳能发电没有运动部件, 不易损坏, 维护简单, 特别适合于无人值守情况下使用;e) 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;f) 太阳能发电系统建设周期短, 方便灵活, 而且可根据负荷的增减, 任意添加或减少太阳能方阵容量, 避免浪费。

缺点:a) 地面应用时有间歇性和随机性, 发电量与气候条件有关;b) 能量密度较低, 标准条件下, 地面上接收到的太阳辐射强度为1 000 W/m2。大规格使用时, 需占用较大面积;c) 价格仍比较贵, 为常规发电的3倍~15倍, 初始投资高。

浅诉太阳能光伏发电系统 第5篇

1.太阳能光伏发电系统的分类及构成

太阳能光伏发电系统按与电力系统关系分类，通常分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。并网太阳能光伏发电系统是与电力系统连接在一起的光伏发电系统，一般分为集中式和分散式两种，集中式并网电站一般容量较大，通常在几百千瓦到兆瓦级以上，而分散式并网系统一般容量较小，在几千瓦到几十千瓦。

在并网光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电，并直接接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。

在独立光伏电站中，太阳能通过太阳电池组成的光伏阵列转换成直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过隔离变压器转换成用户需要的三相交流电供用户使用。

2.太阳能电池组件的选择

目前太阳电池按基体材料主要分为：

（1）硅太阳电池：主要包括单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、微晶硅电池以及HIT电池等。

（2）化合物半导体太阳电池：主要包括单晶化合物电池如砷化镓电池、多晶化合物电池如铜铟镓硒电池、碲化镉电池等、氧化物半导体电池如Cr2O3和Fe2O3等。

（3）有机半导体太阳电池：其中有机半导体主要有分子晶体、电荷转移络合物、高聚物三类。

（4）薄膜太阳电池：主要有非晶硅薄膜电池（α-Si）、多晶硅薄膜太阳电池、化合物半导体薄膜太阳电池、纳米晶薄膜电池等。

结合国内太阳电池市场的的产业现状和产能情况，市场主流依然还是晶硅类太阳电池，约占80%市场份额，非晶硅薄膜太阳电池所占市场份额较小。晶硅类电池中，多晶硅电池成熟度较高，效率稳定，目前价格相对较低，太阳电池市场占有率最大，在国内外均有较大规模应用的实例。

3.电池阵列的运行方式

在光伏发电系统的设计中，光伏组件方阵的运行方式对系统接收到的太阳总辐射量有很大的影响，从而影响到光伏发电系统的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式几种型式。其中自动跟踪系统包括单轴跟踪系统和双轴跟踪系统。单轴跟踪（水平单轴跟踪和斜单轴跟踪）系统以固定的倾角从东往西跟踪太阳的轨迹，双轴跟踪系统（全跟踪）可以随着太阳轨迹的季节性位置的变换而改变方位角和倾角。

固定式与自动跟踪式各有优缺点：固定式初始投资较低、且支架系统基本免维护；自动跟踪式初始投资较高、需要一定的维护，但发电量较固定式相比有较大的提高，假如不考虑后期维护工作增加的成本，采用自动跟踪式运行的光伏电站单位电度发电成本将有所降低。若自动跟踪式支架造价能进一步降低，则其发电量增加的优势将更加明显；同时，若能较好解决阵列同步性及减少维护工作量，则自动跟踪式系统相较固定安装式系统将更有竞争力。

4.电池阵列最佳倾角的计算

电池阵列的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，对于固定式电池列阵最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。

计算倾斜面上的太阳辐射量，通常采用Klein计算方法。利用RETScreen软件，采用所选工程代表年的太阳辐射资料，计算不同角度倾斜面上各月日平均太阳辐射量，数据分析后并作出不同倾斜面上日平均太阳辐射量变化曲线图，从图中可以得出最佳倾角。

5.逆变器的选择

作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备之一，其选型对于发电系统的转换效率和可靠性具有重要作用。逆变器的选型主要考虑以下技术指标。

（1）转换效率高逆变器转换效率越高，则光伏发电系统的转换效率越高，系统总发电量损失越小，系统经济性也越高。

（2）直流输入电压范围宽太阳电池组件的端电压随日照强度和环境温度变化，逆变器的直流输入电压范围宽，可以将日出前和日落后太阳辐照度较小的时间段的发电量加以利用，从而延长发电时间，增加发电量。

（3）最大功率点跟踪太阳电池组件的输出功率随时变化，因此逆变器的输入终端电阻应能自适应于光伏发电系统的实际运行特性，随时准确跟踪最大功率点，保证光伏发电系统的高效运行。

（4）输出电流谐波含量低，功率因数高。

（5）具有低电压耐受能力。

（6）系统频率异常响应。

（7）具有保护功能根据电网对光伏电站运行方式的要求，逆变器应具有交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，防孤岛保护，短路保护，交流及直流的过流保护，过载保护，反极性保护，高温保护等保护功能。

（8）监控和数据采集逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到主控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于电站数据处理分析。

6.太阳电池方阵接线原则

每个光伏发电单元由太阳电池组串、汇流设备、逆变设备及升压设备构成。

（1）太阳电池组件串联形成的组串，其输出电压的变化范围必须在逆变器正常工作的允许输入电压范围内。

（2）每个逆变器直流输入侧连接的太阳电池组件的总功率应大于该逆变器的额定输入功率，且不应超过逆变器的最大允许输入功率。

（3）太阳电池组件串联后，其最高输出电压不允许超过太阳电池组件自身最高允许系统电压及逆变器最大允许的直流电压。

（4）各太阳电池组件至逆变器的直流部分电缆通路应尽可能短，以减少直流损耗。

7.辅助技术方案

光伏电站内应配置一套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。

电池组件很容易积尘，影响发电效率。必须对电池组件进行清洗，保证电池组件的发电效率。

8.结语

本文对太阳能光伏发电系统进行了阐述，建设太阳能光伏电站对节约能源、环境保护有重大意义；目前尚需解决光伏组件转换效率低、影响地区电网稳定等问题。 [科]

【参考文献】

[1]国家电网公司.光伏电站接入电网技术规定，2011，5.

光伏发电监测报警系统 第6篇

光伏发电站主要分为大型集中式电站与分布式光伏电站。相比集中式电站而言, 分布式光伏发电因在位置选取、电能传输与规划、数据监控等方面具有明显优势, 于世界范围内得到了广泛应用。在欧洲, 分布式光伏在整个光伏发电应用中的比例高达70%, 这一比例在美国更是超过了83%, 而中国目前这一比例还不足35%, 因此, 国内分布式光伏发电应用仍具有广阔的市场空间。

海宁30MW分布式光伏发电项目利用金山开发区多个企业工业厂房屋顶作为建设场地。由于该项目涉及到海宁星莹家具、浙江联鸿纤维科技等11家工厂的近40个工业厂房屋顶, 为了方便项目完工后的运维及项目建设成本的控制, 满足消防火灾报警系统要求, 因此该项目对光伏发电子系统火灾报警方案提出更高要求, 在这种情况下提出对海宁30MWp分布式光伏电站子系统火灾报警的优化方案, 降低项目成本, 便于电站后期运维。

1 分布式光伏发电子系统常规火灾报警系统方案

目前国内光伏电站中的分布式光伏发电子系统火灾报警方案通常采用逆变器集装箱房配置烟感及温感探头来实现子系统的火灾报警方案。这种方案一般由逆变器厂家配套实施, 在实际应用场景中效果并不理想。

海宁30MWp分布式光伏发电项目包括11家厂房屋顶, 然而该项目建设或扩建的配电房或集装箱式开关站通常为无人值守的情况, 配置声光报警器、手动报警按钮无意义, 并且在11家屋顶较分散、容量较小的情况下分别配置一套火灾报警控制器成本较高, 方案显然是不尽合理的, 所以提出能够在满足火灾报警规范的基础要求上实现该项目的火灾报警系统设计, 并且优化方案, 便于电站后期运维, 降低项目成本。

2 设计优化后分布式光伏电站子系统监控方案

在海宁30MWp分布式光伏发电项目中, 由于各个场区容量较小、集装箱开关站面积也较小, 采用不配置区域火灾报警控制器的方案, 而直接由智能感温感烟探测器、信号线等组成, 该探测器为多线设备, 可提供一付无源接点, 将该无源接点并接后直接送入本工程集装箱开关站内 (或配电房内) 的南瑞四合一装置, 再通过南瑞的四合一装置送至海宁地区集控中心的监控后台。该方案能够实现火灾自动报警的功能, 虽然没有配置区域报警控制器, 但是一旦感温感烟探头感应到环境参数值超过阀值后, 能够利用本身的火灾报警接点将报警信号通过四合一装置直接上传到监控后台, 可立即通知集控中心人员处理火灾事件以达到火灾报警的功能。该方案为海宁项目节约了多台区域报警控制器的成本, 既满足火灾报警要求, 又适用于分布式项目厂家较多、各屋顶较分散、容量较小的情况。

3 优化方案的预期效益

对比海宁30MWp分布式光伏发电项目共11个厂家分别采用原有火灾报警系统方案和优化方案的设备成本比较, 如表1。

经过对比看出, 采用设计优化过的火灾报警系统方案的设备成本能够节约5.6万元, 能够有效节约项目成本。而且优化方案系统结构简单, 相比常规方案, 减少了设备连接可能的故障点及运维人员的工作量, 同时运维人员只需熟练掌握在监控后台对火灾报警系统的应用即可。

4 结束语

该项目建成以后, 项目公司通过成本核算, 该方案确实减少了项目成本, 在整个项目过程中起到了降本增效的作用。且通过现场运维人员反馈情况来看, 经过设计优化的分布式光伏电站火灾报警系统运行稳定, 可靠。综上所述, 设计优化采用火灾报警系统方案值得在以后分布式光伏电站借鉴与推广。

参考文献

[1]肖冰.变电站火灾自动报警及消防联动系统的设计优化[J].内蒙古石油化工, 2012, 38 (24) .

[2]寿挺, 张思建.小型并网光伏电站智能监控系统的研究[J].中国电力, 2012 (09) .

光伏发电系统消防风险与培训 第7篇

在建筑物屋顶安装光伏发电板这种方法相对新颖, 但它让建筑处于一定的火灾风险中, 还会对消防员的安全与健康造成威胁, 媒体对类似事故的报道屡见不鲜。虽然采用骇人听闻的警告方式未必正确, 但确实有利于提高人们对这些问题的意识。目前, 研究人员也正在积极开发新技术, 预防和降低光伏发电系统火灾风险。

风险

若建筑物失火, 消防员到达现场后的首要任务就是将设备与建筑物隔离。但光伏发电系统却不能如此操作, 因为系统中的逆变器可蓄电, 能将电流输送回太阳能板, 同时只要有阳光照射, 甚至夜晚有灯光的情况下, 太阳能板会继续转化电能, 所以, 即使关闭太阳能板后, 连接板与逆变器之间的线路仍存在电流。消防员在处理此类事故时, 不仅面临着被烧伤的风险, 还存在被高压电电击的风险。

装有光伏发电系统的建筑物起火后, 电线绝缘层熔化, 导致弧闪;若拆分方法不当, 也会引发弧闪。它不仅会成为点火源, 还会对消防员的生命安全造成重大威胁。

其他风险还有:太阳能板可能会挡住消防员的路径;安装光伏发电系统导致屋顶承重增加, 加大坍塌风险;太阳能板经历火灾后会散发有毒物质, 影响人体健康;从屋顶坠落的部件有伤人风险 (如碎玻璃) 。

有人在未接受培训、未与消防部门沟通的情况下, 安装光伏发电系统。另外, 有消防员看到居民屋顶上装有发电系统后, 拒绝救火。所有这些媒体消息都增加了人们对它的恐惧。具有电击风险的带电设备并不是新的安全隐患, 但人们从未想过若这种风险出现在屋顶上, 又该如何应对。目前比较普遍的方法是设置安全距离和使用烟雾。理想情况下, 发生火灾后, 人们若正确断开光伏发电系统, 电流和电压都会降至对消防员无伤害的水平, 但这需要断开系统的每个部分, 目前还不存在经济上可行的方法能达到此目的。

可引发的火灾

光伏发电系统中暴露于阳光和其他天气因素下的部件都应持久耐用, 但其不一定具备防火特性。另外, 尽管太阳能板本身的塑料含量有限, 但其框架、线路、盒子都为可燃物, 一旦着火, 最终会导致整个屋顶燃烧。

光伏发电系统可能会出现漏电、短路、接地故障、反向电流等, 这些故障以及绝缘体破损、连接错误都会产生热量, 点燃周围的可燃物。其中, 错误安装逆变器已成为光伏发电系统火灾的常见原因。

最严重的情况下, 系统故障不仅会产生热量, 出现热区, 还会引发弧闪, 比较著名的案例有美国加利福尼亚州的塔吉特百货公司事故和德国物流公司仓库火灾事故, 且这2起事故都发生在2009年。目前, 没有消除弧闪风险的终极方法, 预防的第一道防线就是保证元件质量, 并穿戴防护设备。

素质培训

光伏发电系统将太阳能转化为直流电, 为人们提供可用能源。这样, 与其相关的技术才得以发展。光伏发电系统的元件也随着研发一直进化, 但处理光伏发电系统火灾时, 人们建立的消防安全规程通常落后于这些技术。

事实上, 只有消防员意识到光伏发电的相关问题, 了解其基本操作步骤, 才能有效应对光伏发电系统火灾。由此, 消防部门才能明确灭火技术, 保证消防员作业期间的自身安全。而它的基础就是让消防员了解系统及各部件的原理与构造。人们不能奢望每位消防员都是电气工程师, 但消防部门、安全培训专家可为其提供必需的知识, 以有效处理光伏系统火灾。主要方法就是对消防员进行素质培训, 培训内容除系统的电气设计及原理外, 还要包含系统的结构设计原理。

笔者参加过许多光伏发电消防培训课程, 发现有些培训导师自身并非完全熟悉系统安全与运行原理, 结果很多人受到了误导。为了获取更准确、更有意义的信息, 人们一定要请有光伏发电知识和电气知识背景的培训师, 他们就像拥有处理光伏发电火灾经验的消防员一样, 尤为珍贵。

消防员了解不同发电系统的构造是形成光伏发电火灾问题意识的基础。培训课程要循序渐进, 讲解不同种类的系统, 比如太阳能停车场、居民屋顶太阳能、建筑一体化太阳能、地面太阳能等。培训中, 要详细解释这些系统的元件 (如逆变器、汇流箱、安全开关等) 及其原理。其中, 操作安全开关是至关重要的一环, 因为它可隔离系统, 因此要向消防员演示这一操作, 反复强化他们的记忆。

培训师把系统相关知识讲解完, 确定消防员已掌握信息后, 才能开始讨论消防策略。与执行所有消防救援任务一样, 处理光伏发电系统火灾要以保障消防员自身安全为首要任务。

许多出版物和国家实验室的报告都介绍了如何处理光伏发电火灾事故, 消防规程应将此系列出版物包含在内, 以备消防员参考之用。为与时俱进, 必须定期开展消防继续培训, 保证消防救援策略与相关产品及科技进步相适应。

尽管光伏发电行业作出了不懈的努力, 工程师、消防规程制定人员也积极参与其中, 但光伏发电火灾仍时有发生。消防人员可以从这些实际案例中获取有价值信息, 回顾事故结果, 分析事故原因。这对改进消防策略尤为重要。

开展光伏发电消防安全培训时, 人们应考虑3个问题:一是火灾前应做什么 (识别建筑物、制定预案、建立行动要求) ;二是火灾期间应做什么 (战略和战术) ;三是火灾后做什么 (维修与事故调查) 。

事发前

事发前的培训主要涉及建立预案。其关键就是让消防部门与拥有预案审定职责和后续事务批准权的管理部门建立合作关系, 通过这种关系, 共同确定装有光伏发电系统的建筑内物品清单。然后, 再根据物品清单建立预案以及相关的标准规程, 将其作为处理光伏发电系统火灾的先发措施。

最近, 美国新泽西州就实施了1条法律, 该法要求建筑物主人须向消防人员说明建筑物屋顶是否安装有太阳能板。此外, 确定存在太阳能板后, 须在建筑物入口处安装识别标牌 (类似于桁架海报) 。预案还应包含电气工程师等特殊技术顾问名单, 他们会随时接受事故指挥官的咨询。

事故期间

尽管光伏发电系统火灾的指挥官之前已经接受了许多培训, 具备了必要知识, 能确定是采取主动消防策略还是被动消防策略, 但此阶段的培训仍包含较多内容, 比如怎样安全地在光伏发电系统火灾区周围作业以及怎样灭火。

事发后

事发后的相关培训包含消防员如何进行事后维修和事故调查。光伏发电系统经历火灾后, 其结构及元件 (如底座、安全开关、过流保护装置、设备稳定性和结构完整性等) 受损, 处于非常规条件, 消防员要特别注意这一点。事后维修和调查阶段, 消防员会向时刻待命的技术人员和建筑管理人员咨询相关事宜, 确保事故涉及的系统尽可能安全。

此阶段的培训一定要强调建筑结构和电力系统。如之前所述, 火灾中建筑和电气系统受到损害, 因此培训师应向消防员说明, 结构工程师会负责确定建筑屋顶的承重能力, 并将信息提供给光伏发电系统设计人员, 设计人员再根据这些信息重新设计太阳能板支架。尽管初始设计符合建筑承重要求, 但建筑一旦受损, 承重能力就会下降。稍不留心, 屋顶就会坍塌。由于光伏太阳能系统或是与建筑相连, 或是与用石头将其压在屋顶上, 因此消防救援时必须考虑是否存在屋顶或太阳能板支架坍塌风险。

许多情况下, 光伏发电系统消防规程并未强调火灾调查阶段的工作。此阶段要求消防员如同在灭火阶段一样, 提高安全意识, 因此只要消防员正在作业, 火场安全官员就应留在现场。

培训时还要为消防员讲解确定事故原因所需的基础知识。普通火灾的基本调查知识同样适用于光伏发电系统火灾, 如确定火是由发电系统引起的, 还是由外部物质引起的。若不存在外部点火源, 就可断定它是一起电气火灾事故, 接下来就要寻找电气方面的原因。同样, 普通电气火灾的原因也可引发光伏发电系统火灾, 如线路、接地装置、电弧和系统维护等因素, 消防员不可不察。

另外, 人们还应扩充消防操作规程, 比如吸收美国消防协会NFPA 921《火灾、爆炸调查指南》 (Guide for Fire and Explosion Investigations) 的部分内容, 尤其是关于“火灾调查的系统方法”等信息。

消防员安全与健康是所有救援和培训活动的重要问题, 处理光伏发电系统火灾时更是如此, 因为光伏发电属电气系统, 与普通消防不同。但随着时间的推移, 培训的深入, 消防部门面对此类火灾会更有信心, 其策略也趋于科学、合理。总之, 只有通过开展高质量的培训项目, 请有资质的导师, 才能消除当前消防员面对电气火灾的顾虑。

小功率光伏并网发电系统设计 第8篇

1 光伏并网系统的结构组成

光伏并网逆变器的结构如图1所示。系统可工作于独立运行和并网运行两种方式。MPPT电路和交流逆变电路采用DC/DC/AC架构, 其中DC/DC采用Boost电路拓扑, DC/AC采用四开关管桥式逆变结构。系统主要包括八块100W串联的太阳能电池板、基于ARM7架构的单片机核心控制器、DC/DC电路、DC/AC逆变电路。太阳能电池板输出的100V-150V直流电压送到DC/DC电路, 在DC/DC电路里完成系统的最大功率点跟踪, DC/DC电路输出的约400V母线电压送到逆变电路由逆变电路逆变成230V, 50HZ的交流电压, 最后送到电网负载。控制器设计有RS 232接口, 可以把系统相关的数据 (如:太阳能电池输出电压、电流、MPPT输出电压、电流;负载数据等) 传到上位机, 并可以通过上位机控制控制器工作或修改相关的参数。

2 核心硬件电路设计

2.1 DC/DC电路

电路如图2, 在DC/DC电路中有两个电流闭环控制器件, 型号为MAX4080。其中一个用于太阳能电池板输出电流监测, 控制器输出的电流值与电阻R2、R20的分压电路输出的电压分别送到LM3S618的ADC0和ADC1完成太阳能电池板实时输出电压和电流的监测, 为MPPT跟踪提供实时数据。另一个电流闭环控制器件主要完成升压后直流母线的电流监测, 与R21、R3的分压电路输出的电压分别送到LM3S618的ADC5和ADC4以完成逆变器直流侧的电流电压稳定, L1、Q1、Q12、Q13、Q2、D21、D1、R28、R42、C46组成Boost拓扑的DC/DC电路。MPPT (Maximum power point tracking) 的PWM脉冲从LM3S618的36脚输出, 单片机根据两路闭环电流电压的大小进行算法运算最终调节脉冲占空比完成最大功率点的跟踪。

2.2 核心控制电路

电路如图3, 本电路主控C P U采用LM3S618的ARM Cortex-M3内核控制器, 支持最大主频为50 MHz, 32 KByte FLASH, 8 KByte SRAM, 集成正交编码器、ADC、带死区PWM、温度传感器、模拟比较器、UART、SSI、通用定时器, I2C、CCP等外设。

系统人机交换界面有两部分, LCD显示界面显示太阳能电池板的输出电流电压和逆变器输出的电流电压及逆变器的效率, 上位机通过串口与单片机进行通信, 实现远程监控系统电池板的输出功率, 逆变器输出功率, 保护状态, 调节系统工作状态等。LM3S618通过调节PWM信号的占空比从而调节Boost电路的开关状态, 使电池板输出功率达到最大值, 实现最大功率点跟踪 (MPPT) 。系统采用逐次逼近法, 不断地改变PWM信号的占空比, 实时监测太阳能电池板的输出功率把前次输出与下次输出的功率进行比较, 当电池板的输出功率增大时减少PWM信号的占空比, 否则向反方向调节, 采样频率为500HZ。系统通过JTAG口下载控制算法软件, 便于系统进行二次开发。系统具备有声光告警功能, 如出现过压或过流、超限时相应的发光二极管闪烁以及蜂鸣器告警。

2.3 DC/AC电路

系统的DC/AC电路主要包括馒头波产生电路, 50HZ方波产生电路, SPWM发生器, 延迟电路, 电流电压检测电路, 全桥功率电路等组成, 电路的设计结构直接影响系统的输出波形和效率。电路原理框图如图4所示。

如图5, 在馒头波产生电路中输入信号可以通过开关SW1选择, 当系统处于独立发电时开关接到50HZ的文氏电桥电路, 当要并网发电时开关接到电网输入端, 电网输入端外接一个3W的小变压器把220V交流电压变成5V的交流电压作为外接参考电平。信号通过C55耦合到运放U9A完成阻抗变换, 再送到由U12A、U12B、U10A组成的零电平整流电路把50HZ的交流信号整流成馒头波, 最后把信号送到加法器U10B把馒头波信号电平抬高2.5V, 同时全桥功率电路输出的并网电流相位通过检测电路取样后送到单片机进运算后得到一直流电平与馒头波相加, 最后送到SPWM产生芯片SG3525的第二脚用以产生SPWM调制信号,

如图6, 从SG352513脚输出的SPWM信号通过与非门选通然后送到延迟电路对信号进行延迟, 信号最后送到全桥逆变电路逆变成235V, 50HZ交流信号再接到电网负载。

2.4 系统软件设计

系统上电先检测太阳能电池板输出的电压电流看是否符合DC/DC电路输入设定值的范围, 如果不符合, 通过单片机关闭DC/DC电路的输出, 启动报警和显示电路, 如果在设定范围之内系统启动交流输出。同时把监测到的电池板的输出电压电流值进行功率运算启动最大功率点的控制。系统有完善的软硬件保护功能, 使系统运行于安全状态。程序流程图如图7。

3 结语

本文提出了一种基于LM3S618控制的单相光伏并网逆变系统的设计方法, 分析了系统的结构和控制原理, 设计了最大功率跟踪MPPT算法和锁相环的软件, 构建了实验室样机, 以ARM为核心的光伏并网逆变系统具有响应快、超调小、无静差等优点, 提高系统的抗干扰能力, 是光伏并网发电领域的一个较佳的方案。

摘要：设计开发一套500W小功率光伏并网发电系统。控制器电路采用DC-DC-AC架构, 该并网逆变器能实现最大功率跟踪和反孤岛效应控制功能, 控制芯片采用LM3S618, 外电压跟踪采用双闭环方式实现与网压同步的正弦电压输出, 构建了实验室样机, 通过实验测试逆变器输出的电流基本与电网电压同频同相, 并网的功率因数近似为1。

关键词：光伏并网发电,DC-DC-AC架构,最大功率点跟踪

参考文献

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分布式光伏发电系统综述 第9篇

近年来, 受化石能源短缺、人类生态环境压力的影响, 大力发展绿色无污染的、可再生能源已显得尤为重要[1]。太阳能光伏发电是一种新型的可再生能源发电方式, 是一种绿色发电方式, 不需要煤等燃料, 对环境友好, 没有转动式组件, 维护简单, 模块化设计, 决定了其规模可大可小, 可根据场地的要求调整系统容量等突出优点。

随着光伏产业的快速发展, 已有许多研究着对太阳能发电系统进行了研究。文献[2-3]介绍了太阳能发电的工作原理、构成以及分类。逆变器是太阳能发电的核心部件, 文献[2-6]对逆变器的结构、工作原理以及市售产品进行了详细的介绍。文献[7-8]介绍了分布式光伏发电的发展趋势以及在国内的应用, 但未能提供对该分布式系统实现的支撑。文献[9-10]中介绍了光伏发电系统的设计方法。文献[11]提出了一种家用小型分布式光伏发电系统结构设计。文献[12-18]介绍了分布式光伏发电系统的应用实例。文献[19]对金太阳示范工程和光电建筑项目总结了经验教训, 并分析了随着光伏产业发展, 我国出台的一系列补助政策。

我国近三年来分布式光伏发电发展迅速, 自从2009年开始了实施“金太阳”工程和光电建筑示范项目, 截至到2011年年底, 国家已公布的光电建筑示范项目规模约为30万千瓦, “金太阳”工程已公布的规模约为117万千瓦。国家公布的相关规划提出, 2015年分布式光伏发电要达到1000万千瓦。同时, 明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。因此, 分布式光伏发电是未来的重要发展方向。在此背景下, 文章先后介绍了光伏发电系统的分类、系统方案、主要组件结构以及并网方式。

1 系统分类

分布式发电系统主要是自产自用, 必须接入公共电网, 与公共电网一起为附近的负荷供电。如果没有公共电网支撑, 分布式系统就无法保证用户的可靠性和质量。根据接入公共电网的电压等级可将光伏发电系统分为可分为小型、中型、大型光伏发电系统, 分布式发电系统一般建在负荷侧, 是中小型光伏发电系统。根据是否配备储能环节, 可将分布式光伏发电系统分为不可调度发电系统和可调度发电系统。

1.1 不可调度发电系统

不可调度发电系统由光伏电池阵列、控制器、并网逆变器、变压器等组成, 如图1所示。在不可调度发电系统中, 当公共电网没有故障时, 光伏发电系统产生的电能经过并网逆变器变为同相同频的交流电送入公共电网;当公共电网发生故障或者无光照时, 系统将自动停止向公共电网送电。

控制器包括光伏电池MPPT控制器和逆变单元控制器两部分。其中MPPT控制器实现光伏电池的最大功率输出的控制, 保障光伏能源充分利用。

1.2 可调度发电系统

由于光伏电源的不稳定性, 光伏并网对电网的线路潮流、系统保护、电能质量、运行调度、经济性等带来不良的影响。为并网光伏电站配置储能装置, 是目前从电站的角度来解决电站并网对系统冲击的唯一可行方案。可调度光伏电站的典型结构包括:光伏阵列、并网逆变器、蓄电池储能环节、控制器、变压器等, 如图2所示。

储能系统是光伏并网发电系统的调控环节, 当光照比较充足的时候, 光伏发电系统的发电量多于负荷的需求, 此时储能系统将多余的电能储存起来;当光照不充足时, 光伏发电系统的发电量不满足负荷的需求, 此时释放储能系统内储存的能量, 平衡负荷的需求, 从而起到调节供用电平衡和平滑分布式发电系统能量输出的作用, 可调度发电系统将成为今后的一个重要研究方向。

虽然, 相对于不可调度发电系统来说, 可调度发电系统在电能质量、经济性、系统保护等方面的性能更优越;但是, 由于可调度发电系统增加了储能环节, 储能系统本身存在寿命低、价格贵、体积笨重等缺点, 使得可调度发电系统的应用不及于不可调度发电系统, 日前, 大部分分布式光伏系统仍采用不可调度发电系统式结构。

2 系统方案

目前上网型太阳能光伏发电工程的形式主要有:光伏建筑一体化 (BIPV) 、地面太阳能发电场、屋顶太阳能发电系统 (BAPV) : (1) 光伏建筑一体化是光伏发电系统以建筑材料的形式作为建筑的一部分, 通常为建筑屋顶和光照条件较好的建筑立面。 (2) 面太阳能发电场是利用地面专门的场地建设光伏发电系统, 需要占地面积较大, 一般用于大型集中式并网系统, 在我国一般建设在西部地区较多。 (3) 屋顶太阳能发电系统则是利用现有建筑的闲置屋顶建设光伏发电系统, 所需条件是有较大面积且朝向较好的建筑物屋顶。

目前, 我国的小型光伏发电站主要采用屋顶太阳能发电 (BAPV) 。其显著优点在于:受日照辐射条件好, 不占用专门的用地面积, 符合建设条件的建筑量大, 可大规模推广应用, 而且建设改造成本低, 发电并网条件好, 光伏组件安装方式比较自由, 系统效率高, 可实现较大规模装机, 适合在工商业发达且缺乏可供开发利用空地的地区大规模推广应用。

3 系统设备

分布式光伏发电系统的基本设备有太阳能电池组件、光伏方阵支架、并网逆变器、直流汇流箱、直流配电柜、交流配电柜等, 另外还有系统监控装置和环境监测装置。其中, 最重要的两个设备是太阳能电池组件和并网逆变器, 这两个设备的质量直接影响整个分布式光伏系统的性能。

3.1太阳能电池组件

太阳能电池组件是分布式光伏发电系统的核心部分之一, 也是分布式光伏发电系统中最重要的部分。其作用是将太阳能转化为电能, 或送往蓄电池中存储起来, 或推动负载工作。太阳能电池组件的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能电池组件由进口 (或国产) 单晶 (或多晶) 硅太阳能电池片串并联, 用钢化玻璃、EVA及TPT热压密封而成, 周边加装铝合金边框, 具有抗风、抗冰雹能力强、安装方便等特性。

3.2并网逆变器

光伏并网逆变器是分布式光伏发电系统中核心部件之一, 其主要功能是将太阳能电池组件产生的直流电逆变成交流电, 并送入公共电网, 其效率、可靠性会直接影响整个分布式光伏发电系统的性能。根据逆变器的内部结构可分为带隔离变压器的逆变器 (低频工频变压器、高频变压器) 和不带变压器的逆变器。具体比较见表1:

由于带隔离变压器的可靠性较高, 因此国内光伏电站并网逆变器多采用带有隔离变压器的逆变器。但是, 由于去掉变压器不仅可以降低系统的成本, 减小系统体积和重量, 而且还可以提高光伏发电系统的发电效率, 因此无隔离变压器光伏发电并网逆变器成为近年来研究的重点和热点。

太阳能发电并网方案中, 为保障公共电网的安全, 并网逆变器还需要考虑三相电压、电流不平衡, 欠压, 防雷接地保护, 短路保护, 防孤岛效应等保护措施。

4并网方式

分布式光伏系统主要有两种并网方式:就近较低电压等级并网方式和集中控制, 高压单点并网方式。小型光伏发电系统由于容量比较小, 对公共电网的潮流影响可以忽略不计, 一般选择就近较低电压等级并网方式, 且优先选择用电负荷多于并网容量的线路并网;大中型光伏电站由于并网容量较大, 对电网系统潮流影响较大, 采用集中控制, 高压单点并网。

目前, 分布式太阳能发电并网方案中, 根据光伏电站容量和周边电网的实际情况综合选择, 小容量光伏电站采用分散发电, 分散控制, 低压就地上网;中大容量的光伏电站, 采用分散发电, 光伏电池串并联后接入逆变器 (配置多台并网逆变器) 后集中控制, 高压并网, 或者采用分散发电, 就地升压, 集中控制, 高压单点并网, 低压就近并网的原则。

5结束语

光伏发电监测报警系统 第10篇

【关键词】光伏并网发电系统；关键技术；太阳能

光伏并网发电系统的主要来源是太阳能，积极将太阳能转化成电能，在并网逆变器的作用下传输到电能内，实现电能供应。光伏并网发电系统内的关键技术比较复杂，关键技术的应用目的是提高太阳能的转化率，解决我国电能资源中的消耗问题，推进清洁能源的利用率。光伏并网发电系统中的关键技术起到重要的作用，不仅深化了对太阳能的应用，更是改善了光伏并网发电系统的运行环境。

一、光伏并网发电系统中的关键技术

近几年，光伏并网发电系统的应用比较光伏，尤其是光伏建筑的集成化发展，促进了光伏并网发电系统的发展。为了保障光伏并网发电系统的效率，需深化关键技术的应用，体现技术设计的重要性。结合光伏并网发电系统的应用，分析其中涉及到的关键技术，如下：

1、最大功率点跟踪技术

最大功率点跟踪主要是明确光伏并网发电系统所处的环境，分析环境中温度、光照等因素对并网的影响，绘制光伏并网发电系统的特性曲线，根据曲线的变化跟踪并网光伏发电的最大功率点[1]。最大功率点跟踪技术关系到光伏并网发电系统的运行效率，例举比较常用的两类跟踪方法，如：（1）扰动观察法，在光伏并网发电的过程中设计小型扰动，比对扰动前后的并网状态，得出最大功率点的位置，并网扰动的方法是控制输出电压，利用电压差形成扰动并跟踪功率状态；（2）电导增量法，此类方法中两项决定性的因素是瞬间电导数据和变化量，分析光伏列阵的曲线变化，找出曲线的单峰值，由此判断光伏并网是否处在最大值的发电状态，电导增量检查中需要確定一个特定的阈值E，当最大功率处于±E的范围内时，即可找出并网发电的最大功率点。

2、并网逆变器控制技术

并网逆变器能够保障光伏并网发电系统的灵活性，满足建筑工程的多样化需求，确保太阳能处于最佳的转换状态[2]。逆变器可以控制光伏并网发电系统的工作模式，主要是为电流提供直接或间接控制的方法。近几年，间接与直接控制融合发展，发挥间接、直接电流的控制作用，弥补双方的不足之处，融合后的并网逆变器控制，可以随时跟踪电流变化，确保电流的稳定性。分析并网逆变器控制中的重点技术，如：（1）数字控制，其为并网逆变器控制技术中的基础，属于一项热电技术，如：差拍、滑模变等都属于数据化控制的范畴；（2）PID控制，其对并网逆变器的控制比较成熟，利用全量、增量的方式支持逆变器的运行；（3）重复+PI混合控制，此类控制方式在并网逆变器中，具有复合的特性，通过复合的方式控制逆变器的运行，保障逆变器的稳定性。

3、并网发电功率预测

并网发电功率预测，其可降低外界因素对光伏并网发电系统的干扰，有利于维护光伏并网发电系统的整体水平[3]。并网发电功率预测的方式分为直接和间接两种，找出可能影响光伏并网发电系统的因素，如：云量、光照角度等，提高光伏并网发电系统的转化率，全面预测并网发电的功率，还可借助模型筛选功率预测的数据，严格处理预测数据，完善光伏并网发电系统中的功率预测。以云量影响因素为例，分析并网发电功率的预测，云量越多，对并网发电功率的影响越大，即会降低光伏并网发电的效率，而且云量是光伏并网发电的一大影响因素，所以采取并网发电功率预测的方式，规划云量影响下的发电设置，有目的的提高太阳能的转化效率。

二、分布式电源并网技术

光伏并网发电系统利用分布式电源并网技术（以下简称DER并网技术），直接接入到配电网内，实现发电与用电的一体化运行，属于一种自发自用的配电网。分布式电源并网技术的核心是分布式光伏发电，在220V和380V的配电网内较为常用，有效降低了配电网的能源分配，体现了节能降耗的思想。分布式电源并网技术加快了光伏并网发电系统的发展速度，对其做如下分析：

1、分布式电源并网技术的接入方案

DER并网技术接入配电网时，需要考虑DER并网技术的容量与配电网是否匹配，例如：DER并网技术容量<250kVA时，接入380V或400V的配电网中，将DER并网技术的容量与配电网进行匹配，设计出科学的接入方案，接入时基本采用联络线的连接方式，DER并网技术连接配电网的变电所，或者接入就近的配电网内，同时还要设计并网保护，DER并网技术中采用的是孤岛保护，孤岛装置提供主动和被动式保护，确保光伏并网发电系统的安全，当并网逆变器检测到危险时会自动切断分布式光伏供电，以此来保护人员安全，而逆变器的电压可由配电网提供。

2、分布式电源并网技术的接入标准

DER并网技术接入配电网时，要按照相关的标准执行，通过技术规程指导DER并网技术与配电网的连接，落实光伏并网发电系统的运行。我国在光伏并网发电系统的接入方面，使用了《分布式功能系统工程技术规程》，要求DER并网技术遵循规程内的要求，规范接入技术的相关标准。我国在DER并网技术接入中，可引进发达国家的标准，目的是保障接入的标准性，强调光伏并网发电系统的稳定运行。DER并网技术按照标准接入配电网，可以保证光伏并网发电系统的电能质量，还能控制谐波危害，预防配电网中的电压偏差问题，促使光伏并网发电系统的各项数据均处于额定状态。

三、基于关键技术光伏并网发电系统的设计

光伏并网发电系统的设计，需要达到完整的系统标准，控制太阳光在光伏并网发电系统中的应用，在降低系统消耗的基础上，提高电能质量。

光伏并网发电系统设计的核心是软件部分，也就是控制器的应用，其可控制发电系统内的资源分配，规范发电系统的软件程序，由此按照光伏并网发电系统的实际情况，调整并控制软件程序，促使其符合电能需求[4]。例如：光伏并网发电系统中的数字处理单元，此类控制器能够保持独立运行的状态，不会对光伏并网发电系统内的其他软件造成干扰，而且本身性能稳定，准确的处理光伏并网发电系统中的数据资源。

光伏并网发电系统设计中的关键技术，可以借助实验检测的方法，确保具备光伏发电的控制条件，满足光伏并网发电系统设计中的各项需求，最主要的是维护发电系统的稳定性，规避外界因素造成的干扰。

结束语

光伏并网发电系统中的关键技术，是太阳能发电中的核心，促使光伏并网发电系统具有实践的特性，同时辅助模型及系统设计，满足现代电网的基本需求。光伏并网发电系统非常注重关键技术的应用，目的是维护光伏并网发电系统的准确度及稳定性，以免光伏并网发电系统出现运行误差，为电网系统提供高质量的电能资源。

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光伏发电站系统设计与应用 第11篇

关键词：光伏发电站系统,逆变器

1 工程概述

传统农业在农业经济体系中占主导地位,产业发展还处于一种较为落后的状态。打造国家农业高新技术开发区,对农业农村发展将起到带动、辐射和示范作用。本次设计内容为在高新技术开发区新建容量为200k W并网太阳能电站一座。

2 太阳能电站系统设计

2.1 工作原理

这一工作原理主要是指对太阳能源的转化,通过控制器能够加强电路以及用电的控制,同时,有利于保证多余电能的适应,对于太阳能电力使用过程,需要通过畜电池来实现能源的转换。

但在一定条件下,夜晚时期,太阳能系统可能会出现畜电池以及用电的控制,在太阳能系统电池出现问题时,也能够利用畜电池来进行控制,逆变器,交流配电柜、防雷系统、汇流箱、直流配电柜、环境监测系统、监控系统等设备组成。

2.2 系统设计

根据本工程的装机容量,将系统划分为几个单元,并将这几个单元的电量限制在20KW,将这些逆变器的电流与电网相结合。系统选用电池作为重要组件,并将这些组件的功率限制为250W,但工作电压则需要将其控制在37.8V。在这一项目进行过程中还要注意电压范围以及逆变器的电池串联情况,同时,对于每一天逆变器的电池组件还要进行配置太阳能电池组件并联的数量为Np=20000÷2500=8列。容量为200KW的并网单元,需配置80个电池串列,共计800块电7池零件。系统在配电过程中对于配电柜的选择也需要考虑到各单元的影响因素,除了逆变器的装置监测之外,还需要设置相应的监控来了解发电系统的变化。

2.3 蓄电池组的设计

系统当中的电池储备一般是通过铅酸蓄电池来进行,在计算蓄电池的容量过程中主要是采用以下公式:

公式当中的C表示为蓄电池容量[k Wh];

而字母D则用来表示日照时长:日照时间用电也要限制用量。对于蓄电池的修正系数在一般情况下限制在1.05;

Po:而对于蓄电池的平均负荷量则需要进行重新维修保养的值为0.8;

U:如果限制蓄电池的放电深度,则主要以0.5;

Ka:除了以上几个方面,还有逆变器在进行电流回路时的损失率主要取值为0.7,但如果出现特殊情况,则将逆变器的值设置为0.8。

本文对于蓄电池的容量计算公式为C=160×3×1.05/(0.7×0.5×0.8)=1800KWh蓄电池配置负载按约160KW左右的计算:系统设计的参考连续阴雨天数为3天,根据电力情况,户用电压为220V,蓄电池电压选择为48V。

对于块单体的蓄电池用量需要采取串联的方式,总数为63组,电池容量则限制为37800Ah,即37800AH×48V=1814.4KWh。

2.4 电池板倾角的计算

在项目进行过程中还要重视其实用性的变化,而这一工程主要是采用电池方阵来进行。前后排之间间隔为2.5m。太阳能光伏阵列安装倾角为45°。

2.5 逆变器

在逆变器的设计过程中需要注重电压的变化,只有严格限制电压,才能使逆变器具有更好的负载能力,因此,考虑到当地的电压最大额度为220V,因此,就必须将逆变器调整为220V,这也是逆变器使用过程中的用户需求,能够适应用户需求变化。但逆变器在运行过程中也会出现冲击电流较大的情况,同时,还要注重负载能力,为最佳选择。

2.6 方阵支架

这一项目设计过程中主要是由250W的太阳电池组件组成,同时,还需要太阳电池。在这一过程当中,单板尺寸是重要核心,1640mm×990mm×50mm的尺寸为基础,对于方阵的架设倾角则为45°。方阵支架需要采用C25混凝土现浇,并设置地角螺栓,每一个基础为0.08m3(0.4×0.4×0.6)。

3 光伏方阵电气设计

太阳能发电系统利用系统控制,对太阳能进行转换,并通过建筑物来实现电网的负载使用,因此,在设置防逆流装置时,需要考虑到电流的外部高压电网,并利用开关来防止电流装置的运行,同时,也要尽量防止电流进入到电网当中的压力。

3.1 系统直流侧最高工作电压

在这一系统过程中,要注重电流以及电压的额定工作电压,同时,还要对系统的工作电压制定相应的限制,从而防止系统在工作过程中出现问题,以及逆变器直流侧最高电压。对于直流的输入需要控制在200V~510V范围内,并将电压控制在600V。

3.2 组件设计

在系统发电过程中,将其进行具体划分,同时,在发电单元以及电压配电柜的电压在一般情况下是接入0.4KV低压,经过0.4KV/10KV(200KVA)变压器升压装置,最终实现整个并网发电系统并入10KV中压交流电网。

逆变器输出为三相0.4KV电压。交流配电柜需要进行电流交换,同时,变压器在出现断路时,也要对每一台电表与电压进行监察,才能够更好的发出电流。

4 系统接入电网设计

由于整个系统需要并入10KV的交流电网,所以本系统需配置1套10KV升压站,该升压站主要包含10KV主变、10KV开关柜、0.4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置。

系统配置10台并网逆变器的交流输出直接接入交流配电柜的0.4KV开关柜,经交流低压母线汇流后通过10KV主变接入高压的10KV开关柜,并入10KV中压交流电网,从而最终实现系统的并网发电功能。

5 接地及防雷

如果要稳定光伏发电系统运行,就需要采取防雷措施来保护系统器件,同时,还要考虑外在因素对系统设备的影响,本系统设有防雷接地系统。

在施工期进行基础建设的同时,用-40×4的扁钢可靠焊接,形成人工接地体,接地电阻范围限制在4欧姆以内,同时,还要为配电室放置避雷针,高度限制为15米之内,并将这一位置作为地线,方法能够根据以上来进行。所有的机柜要有良好的接地。

对于直流的保护措施,需要电池支架来与地进行良好的接触,并通过与电缆相连接,来为配电保护装置提供重要保证,通过设置多级保护装置有利于防止设备出现问题。

在采取保护措施的过程中,需要加强与用户之间的交流负载,从而最大程度上防止设备出现损坏,也能够进行电流汇总,因此,要重视防雷措施的交流。

6 光伏发电电能质量提升的主要对策

6.1 加大并网点短路容量

不断提升光伏发电站的电压,同时也要考虑电站的容量水平变化,主要原因在于这一方式有利于适应电压变化,同时,也能够使电压得到平衡。

6.2 电能控制装置

电网质量对于光伏发电系统至关重要,除了一般情况当中的APF、DSTATCCOM之外,同时,也能够利用SVC代替,这一装置也能够为光伏发电系统提供支持。

但就光伏发电系统本身而言,其主要是在发电过程中就能够使光伏源具备明显的优势,不仅能够进行调节,同时,也能够调节电能质量,采取多种措施来提升电能质量,这对于电能质量提升产生很大影响,同时,采取多种措施来控制光伏发电系统,也有利益解决光伏发电系统当中的问题,也能够更加确定。但需要不断改进电能质量,这也是光伏并网的主要特点,通过加强谐波控制,并将谐波与无功补偿相结合,能够实现电网质量的提升。

6.3 增加一定的调压设备

在系统运行过程中,要考虑到设备的调压性,通过将电力器与系统电路相关联,有利于实现系统电路的搭载,同时,也能够保证系统电路的工作效率。

这一装置主要是通过电容器来进行调谐,但同时,系统电路在进行调谐过程中也需要利用滤波电路来实现。这一装置能够最大程度上降低谐振特性,并使得谐波能够得以消除,这一功能主要是对电流的吸收作用,利用这一装置有利于最大保证系统运行效率,降低投资风险,维护系统的正常运作。

目前最为常见的则是利用无源滤波器来实现对谐波的抑制作用,这一系统有利于保证谐波的固定效率,但同时,使用滤波器也能够解决系统电路在谐振过程出现的问题,甚至会产生严重的后果,这对于系统运作而言是极为不利的,也是造成系统运行过程出现严重问题的因素。

参考文献

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