宋岩
（河北省电力勘测设计研究院 河北石家庄 050031）
摘要:新能源太阳能光伏发电系统其可持续性，清洁无污染及安全性是未来能源的发展方向。光伏发电系统的应用越来越深入到广大的电力客户当中，本文以某5MW光伏发电站为例，介绍了光伏发电系统并网的主要设备以及技术条件和要求。
关键词:新能源；光伏发电系统
一、新能源光伏发电系统
1.1光伏发电原理
新能源是指非常规能源的总称。包括太阳能、生物质能、水能、风能、地热能、波浪能、洋流能和潮汐能等。尤其太阳能，是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点。将太阳能直接转变成电能的系统，也就是平常所说的“光伏系统”，光伏系统的核心是一个叫做“太阳电池”的部件。当阳光照射到太阳电池上的时候，电子受到光子的激发而发生迁移，它们向着太阳电池的上表面运动，使得太阳电池的上表面和背面中含有的电子数量不平衡，如果将太阳电池的上下表面用一根导线连接起来，就会在太阳电池的正极和负极之间产生电流。
1.2光伏发电系统
光伏发电系统可分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。独立光伏发电是指光伏发电不与电网连接的发电方式，需要蓄电池来存储能量。并网光伏发电是指太阳能光伏发电连接到国家电网的发电的方式。因为直接将电能输入电网，免除配置蓄电池，省掉了蓄电池蓄能和释放的过程，可以充分利用光伏阵列所发的电力，从而减小了能量的损耗，降低了系统成本。
二、光伏发电系统的应用
2.1应用项目概况
某5MW金太阳示范工程项目属于国家财政部某年度第二批金太阳光伏屋顶示范工程项目。拟在校园内房楼屋顶安装20000块250W光伏组件，共5000kW。
组件方阵采用固定倾角与固定式平铺安装相结合，各光伏组件分布在轻工业学院的办公楼、教学楼以及学生宿舍屋顶等5个区域。组件串组成光伏矩阵汇集到并网逆变器上，逆变器功率分别为:630kW箱式逆变器2台，500kW箱式逆变器8台。通过交流分裂变压器升压后，接入国网变电站内10kV配电装置。自发自用、余电上网的模式。
并网方式通过1回线路接入某10kV开关站母线，通过学校10kV开关站进线线路至电网110kV变电站。10kV光伏发电接入方案一次系统接线示意图见图1。
2.2对主要设备的技术要求
2.2.1逆变器
并网逆变器是光伏并网系统的核心部件和技术关键。本案中对某光伏发电站逆变器具体要求如下:①并网点应安装易操作、可闭锁、具有明显开断点、带接地功能、可开断故障电流的开断设备。②逆变器应符合国家、行业相关技术标准，具备低电压闭锁、检有压自动并网功能(推荐采用低于20%UN、0.2秒闭锁发电，检有压85%UN自动并网控制参数)。③分布式电源专线方式接入时，专线线路可不设或停用重合闸。④公共电网线路投入自动重合闸时，应校核重合闸时间是否与分布式电源并、离网控制时间配合(重合闸时间宜整定为1s)。⑤光伏电站逆变器必须具备快速监测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力，其防孤岛方案应与继电保护配置、安全自动装置配置和低电压穿越等相配合，时间上互相匹配。
2.2.2交直流配电柜
交直流配电柜应具备防雷接地功能，且低压交流配电系统是光伏逆变器和升压变压器的接口，应含有电压、电流、电能等指示仪表;状态指示灯;断路器、电涌保护器等保护装置;隔离开关等具有明显分断点。
2.3并网运行的技术要求
由于光伏发电系统出力具有波动性和间歇性，另外光伏发电系统通过逆变器将太阳能电池方阵输出的直流转换交流供负荷使用，含有大量的电力电子设备，接入配电网会对当地电网的电能质量产生一定的影响，包括谐波、电压偏差、电压波动、电压不平衡度和直流分量等方面。为了能够向负荷提供可靠的电力，由光伏发电系统引起的各项电能质量指标应该符合相关标准的规定。
①电压偏差:光伏电站接入电网后，公共连接点的10kV三相供电电压偏差为标称电压的±7%。②电压波动:光伏电站以10kV接入引起的公共连接点电压变动最大不得超过3%。③电压不平衡度:公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%，短时不得超过4%;其中由光伏电站引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%，短时不超过2.6%。④直流分量:光伏电站向公共连接点注入的直流电流分量不应超过其交流额定值的0.5%。⑤电压异常时的响应特性:按照表1（注:①UN为光伏电站并网点的电压标称电压，U为光伏电站输出电压;②最大分闸时间指异常状态发生到逆变器停止向电网送电的时间。）要求的时间停止向电网线路送电。此要求适用于三相系统中的任何一相。⑥频率异常时的响应特性:本系统应具备一定的耐受系统频率异常的能力，应能够在表2所示电网频率偏离下运行。⑦谐波:光伏电站接入电网后，其中光伏电站向电网注入的谐波电流允许值按此光伏电站安装容量与其公共连接点的供电设备容量之比进行分配。
2.4继电保护要求
①线路保护应适用于系统一次特性和电气主接线的要求。②被保护线路在空载、轻载、满载等各种工况下，发生金属性和非金属性的各种故障时，线路保护应能正确动作。系统无故障、外部故障、故障转换、功率突然倒向以及系统操作等情况下保护不应误动。③在本线发生振荡时保护不应误动，振荡过程中再故障时，应保证可靠切除故障。④主保护整组动作时间不大于20ms(不包括通道传输时间)，返回时间不大于30ms(从故障切除到保护出口接点返回)。⑤手动合闸或重合于故障线路上时，保护应能可靠瞬时三相跳闸。手动合闸或重合于无故障线路时应可靠不动作。⑥保护装置应具有良好的滤波功能，具有抗干扰和抗谐波的能力。在系统投切变压器、静止补偿装置、电容器等设备时，保护不应误动作。
2.5本项目光伏发电的效益
以某屋顶光伏工程来说根据计算得出25年的总发电量约为17832.5万/kW?h，按该地区平均电费0.54元/kW?h计算得出每年可节省电费为385万元，系统25年可节约电费9625万元。作为零排放发电工程，本项目相当于每年可节省标准煤约2390t，减排二氧化碳约3495t，二氧化硫约49.9t，同时可减排粉尘、灰渣、二氧化硫、氮氧化物等。
三、光伏发电的前景
根据规划预测，到2050年中国的光伏装机达到2000GW。产生工业三废(废水、废气、废渣)的大批火力发电厂也将退出历史舞台，人类的家园将更加健康和美好。光伏发电可谓是利国利民的清洁能源。
参考文献
[1]黄汉云.太阳能光伏发电应用原理［M］.北京:化学工业出版社，2009.
[2]吕宏水.光伏电站接入电网技术［M］.北京:中国电力出版社，2011.
作者简介：宋岩（1980.12-），男，河北石家庄人，本科，高级工程师，单位：河北省电力勘测设计研究院，研究方向：电力系统高压输变电技术和风电、光伏等新能源发电技术
论文作者:宋岩
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/18
标签：光伏论文; 系统论文; 电压论文; 电网论文; 逆变器论文; 电站论文; 接点论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;