摘要：随着常规能源供应的日益紧张和环保呼声的高涨，分布式光伏发电已成为世界各国促进节能减排的重要举措之一。改变依靠国外消费市场局面，尽快培育国内市场的共识得到政府支持。鉴于此，本文就对分布式光伏发电并网设计方面展开相应的探讨。
关键词：分布式光伏发电；并网设计
1、前言
分布式光伏发电并网设计是当前各地设计院的热门话题，随着光伏组件价格的不断降低及国家相关政策的调整，越来越多的企业和用户开始投资利用太阳能发电。作为分布式光伏电站的专业设计人员，根据项目规划上网容量并结合周边电网现状，设计出最优并网方案的要求越来越高，这也是电网安全可靠运行的基本保障。
2、光伏并网系统设计简介
光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。
分布式屋顶光伏电站采多取用户侧并网，自发自用，余电上网，这种方式最能体现屋顶光伏电站的最大实际效益。分布式光伏发电并网多采用0.4kV或10kV进行并网，并网点多设在用户低压配电箱或用户10kV配电室。白天光伏所发电量用户可就地消纳，盈余电量送入电网系统。通过分布式光伏发电系统自发自用，用户可大大减少日常用电成本开支，通过余电上网又可增加收益，可为一举两得，这也是目前分布式光伏发电日趋火热的原因。
3、光伏阵列设计
晶体硅光伏组件是目前应用最为广泛的一种，从太阳电池类型上讲，包括单晶硅太阳电池组件和多晶硅太阳电池组件。晶体硅光伏技术的特点如下：
（1）商用晶体硅电池的转换效率较高；
（2）光伏电站占地面积小；
（3）大规模长时间的户外使用证明长期衰减情况比较稳定，25年输出性能衰减少于20%；
（4）相比薄膜太阳电池，初始设备投资较低；
（5）多晶硅组件效率比单晶硅组件要低，但是相差并不大，约1~2%左右；
（6）多晶硅价格比单晶体硅组件要低，目前大型电站中光伏组件的使用以多晶硅为主；
（7）依据研究成果，长期看来多晶硅25年的衰减要略低于单晶硅，有利于长期发电收益。
逆变器在并网发电时，光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制，以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。在设计光伏组件串联数量时，应注意以下几点：
（1）接至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致。
（2）需考虑光伏组件的最佳工作电压（Vmp）和开路电压（Voc）的温度系数，串联后的光伏阵列的Vmp应在逆变器MPPT范围内，Voc应低于逆变器输入电压的最大值。电池组件的开路电压受温度变化的影响，温度下降，开路电压升高；温度上升，开路电压降低。
4、光伏阵列的间距设计
根据当地的阳光照射条件，应考虑阳光照射强度最大的时间段，与独立光伏发电系统需要照顾冬天发电量不同，并网光伏发电系统只需考虑全年总发电量最大。电池组件阵列的间距设计：
按冬至那一天进行计算，因为那一天的阴影最长。一般确定原则：冬至当天9：00～15：00太阳电池方阵不应被遮挡。光伏方阵阵列间距或可能遮挡物与方阵底边垂直距离应不小于D。
计算公式如下：
图 1 光伏组件间距示意图
5、光伏并网发电系统
光伏并网发电系统由光伏组件、组串式逆变器、交流汇流箱、升压箱变及计量采集装置组成。光伏组件发出的电能经逆变器后可直接并入用户侧0.4kV配电箱，也可直接T接至0.4kV公网进行上网。光伏组件发出的电能经逆变器逆变成交流电，通过交流汇流箱汇集后，也可采用升压箱变就地升压至10kV，多台箱变高压侧并联接入用户10kV配电室进行上网，根据实际需求也可单独建10kV开关站，采用10kV专线并网。
另外，系统可配置1套监控装置，可采用RS485或Ethernet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。
6、智能光伏阵列汇流箱
为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，在大型光伏电站并网发电系统中，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置——光伏阵列汇流箱。使用光伏阵列汇流箱，用户可以根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成一个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列汇流箱进行汇流，通过防雷器与断路器后输出，方便了后级逆变器的接入，提高了系统的安全性，缩短了系统安装时间。
光伏阵列汇流箱在提供汇流防雷功能的同时，它还监测了光伏电池板运行状态，各个串列电流、汇流后总电压、防雷器状态、直流断路器状态、温度采集，并装置标配有RS485总线接口，可以把测量和采集到的数据上传到监控系统。
7、模块化光伏并网逆变器
光伏组件产生的电能先经过防雷器与直流滤波器。防雷器吸收直流侧浪涌电压，直流滤波器抑制高频信号传导干扰，先进的模块化三电平SVPWM技术将直流电转换成与电网同频率、同相位的交流电，再经由交流滤波器抑制各种干扰，将正弦波电流并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法（最大功率点跟踪）。
8、系统监控设计
光伏并网逆变器具有多种监控方式，可以方便的获取当前逆变器的运行数据。具体的监控系统有以下几种。光伏发电监控系统，可采集配电柜、逆变器、汇流箱的运行数据和工作状态以及现场的日照强度、风速、风向和环境温度。监控后台及数据采集器布置于继保室内。数据采集器用于终端设备的数据采集。配电柜、逆变器和汇流箱带通讯模块，其数据信息通过RS485通讯的方式经数据采集器送至监控后台。
系统的监控有两部分组成：光伏发电监控装置和电力系统监控装置。光伏发电监控装置主要是采集光伏电站逆变器、汇流箱、配电柜的运行数据和工作状态，以及现场的日照强度、风速、风向和环境温度；光伏发电监控系统可将所有重要信息上送给电力系统监控装置以及远传至相关部门。光伏发电监控装置主要由数据采集装置、监控机、环境检测仪、网络设备等组成。
9、结语
太阳能光伏电场生产过程是将太阳能转化为电能，不产生任何污染物，可大大减少对周围环境的污染。充分利用可再生的、清洁的自然资源，节约不可再生的化石能源，减少污染、保护人类赖以生存的生态环境，此外还可节约用水，减少相应的废水、废渣和温室气体的排放等，其社会环境效益是非常明显的。总而言之，随着我国对电价的优惠，和光伏产业的不断重视，这样也给我国并网光伏电站发展带来了新的挑战和机遇。分布式光伏发电的并网是否得到足够快的推广，不仅与当前典型设计有关，更应与设计的思路变更（充分利用现有电网资源）、设计的市场推广应用有关，优秀的设计理念可以提升设计成品的实践化、遍布化。
参考文献：
[1]汪光裕.光伏发电与并网技术.中国电力出版社，2010.
[2]付静．我国光伏产业国际竞争力现状及提升路径[J]．河北大学学报，2013(2)：53-57．
[3]谢秉鑫．对金太阳示范工程项目投资效益的探讨[J]．可再生能源，2011(6)：160-161．
论文作者:张常军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/4
标签：光伏论文; 逆变器论文; 组件论文; 阵列论文; 分布式论文; 系统论文; 电压论文; 《防护工程》2017年第36期论文;