光伏发电系统概述 1.1 光伏发电系统组成 ①太阳电池 ②并网逆变器 ③电网接入系统(升压变压器、交流断路器、计量设备等) ④太阳电池方阵支架(固定或自动跟踪) ⑤方阵汇流箱 ⑥交、直流配电、电缆 ⑦监测、计量、数采设备(气象监测、数据采集及传输等) ⑧其它硬件设备 1.2 光伏发电系统效率光伏发电效率一般由两部分构成: (1)光伏电池自身光电能量转换效率(一般低于30%);(2)外部因素影响,外部影响因素影响程度为:温度(2~3%)、逆变器效率(3~5%)、最大功率跟踪损耗(2~3%)、电池表面污秽(5~15%)、电流适配损失(2~3%)。 方案确定和设备选型:太阳电池、逆变器、监控、其它设备、运行方式等; 工程设计:太阳电池阵列设计 土建施工方案 抗风能力 防雷接地 接入系统。 1.3 光伏发电系统电气主接线 (略) 1.4 光伏发电系统典型参数 逆变器选择250kW,主要技术参数阵列设计(以10MW光伏电站为例)按一台逆变器组成一个子方阵,需要40台250kW的逆变器,需要串联电池的数量为15、16块一组:15块一组,34.8V*15=522V;16块一组,34.8V*16=556V。 逆变器额定工作电压550V,确定串联电池的数量为16,考虑地形条件,250kWp子方阵按矩形布置,每行6组,共10行所需电池板数量:16*10*6=960块子方阵,功率:0.26kWp*960=249.6kWp,太阳能光伏电池方阵 总电池板数量:960*40=38400块,装机容量:0.26kWp*38400=9984kWp。 光伏发电并网技术要求 2.1 分布式光伏发电并网规程 2.2 光伏并网规程内容概要 GB/T29319-2012 光伏发电系统接入配电网技术规定 该标准适用于380V以及通过10kV接入用户侧的光伏发电系统。规定了光伏系统无功容量和电压调节、启动条件、光伏运行适应性、电压/频率保护、二次系统、并网检测等。 GB/T 19964-2012 光伏发电站接入电力系统技术规定 该标准适用于35kV及通过10kV接入公共电网的光伏电站。规定了有功功率控制、功率预测、无功容量、电压控制、低电压穿越、运行适应性、仿真模型和参数、二次系统、并网检测。 光伏发电经济性分析 3.1 光伏发电经济收益分析光伏发电收益主要取决于:光伏发电投资和运维费用(支出)、光伏发电寿命期内所能取得的收益(收入)。 目前,光伏发电的投资为:光伏组件 4-5元/瓦、安装支架 0.6-0.8元/瓦、逆变器 0.5-1.0元/瓦、汇流箱和电缆 1.0元/瓦、施工建设3-3.5元/瓦,累计费用 9-10元/瓦。下面的分析暂按 10元/瓦 的动态投资来测算光伏的成本电价。补贴政策:电价补贴为0.42元/千瓦时,售电电价享受脱硫燃煤电厂标杆电价0.455元/千瓦时运营模式:全部上网;自发自用、余电上网全部上网经济性差,自发自用余电上网是用户最佳选择! 3.2 光伏发电成本电价 北京属于二类太阳能资源地区,年等效利用小时数应高于1200小时,若按1200小时计算,则成本电价约为1.103元/千瓦时。 3.2 光伏发电收益计算 企业建设光伏的取得的收益主要包括两块:节省的电量+享受的补贴。 按北京亦庄一般工业单一制电价计算(1.0475 元/千瓦时)+ 光伏补贴为 0.42元/千瓦时 = 1.4675元/千瓦时。 按照年等效利用1200小时计算,装机1MW的光伏 发电系统年盈利约 1200h×1000kW ×(1.4675-1.103)= 43.74万元。若装机容量增大到10MW,则年经济收益将达437万余元。 3.3 光伏发电的节能减排效益分析 光伏发电的节能减排效益主要取决于光伏发电量,若按照10MW的光伏装机、 年利用小时数1200h计算,年发电量约1200万kWh。 按照320g/kWh 煤耗水平计算,年节约标煤 3840吨,等效减排二氧化碳 9571吨、二氧化硫 288吨、氮氧化物(NOX) 144吨。节能减排量随着装机容量的增长同步增加! 3.3 光伏发电的节能减排效益案例 上海大众南京分公司光伏车棚,于2015年3月份被吉尼斯世界纪录认证为全球最大单体光伏建筑一体化电站。 车棚总装机容量达到了10.213兆瓦,于2013年12月建成投运,投运至2015年3月累计发电1413万千瓦时,共节约标准煤5652吨,减排二氧化碳等有害气体14090吨。 该项目总投资1.1亿,享受金太阳工程50%的初始投资补贴,年度收益约1000万元,预计5年收回投资。 光伏并网对配电网的影响 1.运行适应性电网运行条件发生变化时,可能对分布式光伏并网设备产生较大的危害,分布式光伏必须采取相应保护措施脱离电网建议:完善光伏发电本身保护,需要配置完善的电压和频率保护,过电流保护,必要时配置逆功率保护,并严格按照相关标准的要求进行整定,确保相关光伏发电本身的保护的可靠性。 2.电能质量分布式光伏通过逆变器并入电网,易产生谐波、三相电压不平衡;同时输出功率波动易造成电网电压波动和闪变。建议:通过检测的手段来进行评估分析。当光伏发电站电能质量指标不满足要求时,一方面可以考虑通过调节光伏发电逆变器的相关参数,同时可以考虑在光伏发电站安装电能质量治理设备,如有源滤波器等。 3.配电网继电保护 光伏发电接入配电网后将会改变配电网络的拓扑结构,其对配电网继电保护的影响主要取决于配电网短路时光伏逆变器注入的短路电流。 通过对大量逆变器开展短路试验,发现逆变器出口三相短路电流在1.5倍的额定电流以内。研究表明:渗透率<20%时,一般不需要调整配网继保整定值 渗透率>20%时,需要根据实际配电网短路故障情况调整继电保护的整定值。 4.防孤岛保护 孤岛的发生对操作人员和用电设备带来潜在的危险,因此需要配置防孤岛保护。分布式光伏并网逆变器虽然通过了实验室单体防孤岛功能检测,但在现场运行特别是多台并联时仍然存在防孤岛检测盲区。光伏电站的防孤岛保护有主动式和被动式两种:主动防孤岛通过有意地引入扰动信号来监控系统中电压、频率以及阻抗的相应变化,以确定孤岛的存在与否;被动防孤岛通过检测逆变器交流输出端电压或频率的异常来检测孤岛效应。主动防孤岛保护存在与继电保护及重合闸相配合问题。 低电压穿越要求与防孤岛保护匹配问题。 问题:GB/T 29319-2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》要求防孤岛保护功能动作时间应不大于2秒。通常,配网中重合闸的时间一般要求应不小于1秒,为防止造成电网冲击,应保证在主动防孤岛保护在重合闸之前动作 建议:整定时一方面可以延长重合闸时间,另一方面缩短主动防孤岛动作时间。 问题:对光伏电站增加了低电压穿越要求,即低电压穿越和防孤岛保护同时具备,此时被动防孤岛和低电压穿越存在矛盾。 议:调整被动防孤岛保护的特性和低电压穿越要求匹配。 结论与下一步工作建议 5.1 结论 •经济方面:光伏发电成本仍高于常规电源,经济收益主要依靠补贴 •对配网影响:光伏对配电网电能质量、保护等会产生一定影响 •应对措施:加强电能质量监测、开展继电保护校核工作,确保保护定值的有效性。 5.2 工作建议 确保补贴落实:光伏项目的获取离不开补贴政策,确保所建光伏项目能够获取补贴; 确保设备质量:光伏发电并网相关标准对并网逆变器的防孤岛保护等性能提出了具体的要求,但在实际检测中发现存在设备不满足要求的情况,在项目建设中应加强设备质量管控,确保系统安全运行。 功率因数降低:江苏已经投运的工厂光伏系统普遍存在用户功率因数降低的问题,需要在规划设计阶段考虑这一问题,配置合理的补偿装置,避免功率因数考核。
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