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微网系统光伏电站设计

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Power Electronics・电力电子 微网系统光伏电站设计 文/王希望 文章针对我国偏远地区无电 村的实际情况进行设计,采用硅 太阳能电池板,组成太阳能电池 板阵列,将太阳能转换为直流电; 采用小功率并网逆变器,构成逆变 器组,将直流电转换为22OV5OHz 交流电,供用户使用;采用蓄电 池构成蓄电池组,储存白天发出 的电能,以备晚间和阴雨天使用。 【关键词】太阳能电池板并网逆变器离网逆 变器蓄电池微网系统 一般来说,偏远地区离公共电网较远,交 通不便,架设输电线路比较困难且成本较高, 但多数边远山区太阳能资源比较丰富,比如, 、等边远小山村,人员分布由几十户 到数百户人家。国家近年来多次为无电乡村援 助了户用离网逆变控制一体机,这个发电小系 统一般功率在60o瓦以下,确实解决了无电用 户的一些实际困难,村民不同程度上使用了家 用电器,如,照明灯具,电视机,音响设备, 洗衣机,豆浆机等。但是,这些小系统功率小, 仅能供有限的用电设备使用,主要是照明和电 视。还由于分户使用,使用维护不当,使得这 个小系统使用一年以后,故障率较高,由于商 家售后服务困难较大,费用很高,很难做到位, 因此,两三年后,大部分由于故障没有修复变 成废物,造成较大的浪费。为了克服户用离网 逆变控制一体机的缺点,引入微网系统光伏电 站。 1方案设计 本文所称的微网系统光伏电站由五部分 组成:电池板阵列,并网逆变器组,充放电控 制器,蓄电池组,汇流箱、配电柜、连接电缆 及监控系统。如图l所示。 微网系统工作原理: 初始状态:当太阳光照射到电池板上, 电池板将太阳光能转换成电能,即直流电。数 块或十几块电池板串联起来称为一串,这样的 数串或数十串构成阵列。使用汇流箱将电池板 阵列的直流电汇集起来,通过电缆输送到并网 逆变器和充放电控制器。监控系统按照“充电 优先”原则,控制充放电控制器对蓄电池组进 图1:微网系统原理框图 图2:监控系统状态转换流程图 行首次充电,暂时关闭并网逆变器,关闭放电 器、交流配电柜直接输送到用户。并网逆变器 通路,充放电控制器应具有电池管理功能。蓄 必须去掉防孤岛运行功能,增加控制输出功率 电池组充电完成后,关闭充电通路,启动并网 功能。输出功率控制的原则是:当输出电压小 逆变器,输出交流电到交流配电柜。通过交流 于230V(交流有效值)时,按最大功率设置, 配电柜的控制,使用电线电缆将交流电输送到 当输出电压大于230V时,每上升lv输出功 用户家中。 率下降10%,当输出电压达到240V时,输出 运行状态:当电池板阵列所发出的电能, 功率下降到0,但并网逆变器不脱网。 能够满足用户使用时,监控系统关闭放电通路, 当电池板阵列所发出的电能,不能满足 电池板阵列产生的电能,经汇流箱、并网逆变 用户使用时,监控系统开启放电通路,蓄电池 Electronic Technology&Software Engineering电子技术与软件工程・245 电力电子●Power Electronics 图3:并网逆变器模拟测试 组通过充放电控制器放电,输送到并网逆变器。 最好自带电池管理系统。 放电源则是:当输出电压小于2IOV时,监控 系统控制充放电控制器开始放电,每下降lv 3软件设计 放电电流提高10%,直到输出电压降到200V 对并网逆变器软件要求, (1)去掉防孤 时,放电电流达到最大值,充放电控制器具有 岛运行功能; (2)检测输出端电压,依据输 放电电流大小控制功能。 出端电压变化情况控制输出功率; (3)内设 在夜间或阴雨天,电池板阵列不产生电 交流输出频率信号,频率设为50Hz。当并网 或产生电能很少,将主要由蓄电池组放电提供 逆变器数量大于一台时,仅在一台并网逆变器 电能,为了保证蓄电池组的安全和正常使用, 中设置50Hz内部频率信号,由此确定并网逆 必须遵守蓄电池的保护原则。监控系统必须按 变器组的频率统一。 照蓄电池的充放电特性,通过充放电控制器完 对监控软件设计的要求,首先要确定几 成安全充放电过程。当蓄电池组放电到规定值 项原则: 时,监控系统将关闭放电回路,交流输出将关 (1)充电优先原则。在微网系统运行过 闭。下次__r=作将从初始状态开始。 程中,始终保持蓄电池处于正常工作状态,当 2主要设备的选用 蓄电池发生亏电时,优先给蓄电池充电,以保 障蓄电池的安全使用和寿命。这时并网逆变器 电池板的选用。电池板是光伏电站发电 处于关闭状态,此时不向用户供电。 的源头,电池板的质量非常重要,电池板的光 (2)充电和放电不兼容原则。即充电和 衰、隐裂、光电装换效率、开路电压、短路电 放电不可同时进行。当蓄电池正在充电时,不 流等参数,应达到国家标准要求:性能指标的 允许放电发生,当蓄电池充电完成后,即可开 一致性对于构成电池板阵列也非常重要,也符 始放电。当蓄电池正在放电时,不接受充电指 合木桶原理,在一个阵列中,由于个别电池板 令,当放电结束后,才可进行充电。 的质量低劣会影响整个阵列的发电效率。 (3)充电和供电可兼容原则。当电池板 并网逆变器的选用。并网逆变器是微网 阵列所产生的电能不但能够满足充电要求而且 系统的关键设备,要求质量稳定、可靠。适宜 有富余电能时,或者蓄电池充电进入浮充阶段 于高海拔地区,爬电距离、电气问隙以及散热 时,可开启并网逆变器,有功率地向用户 均须达到规定要求。从软件上考虑,去掉防孤 供电。 岛功能。增加可根据输出电压限定输出功率功 (4)电池板和蓄电池可同时供电原则。 能。具有485通讯接口。 向用户供电首先由电池板阵列供电,当电池板 充放电控制器的选用。充放电保护功能 功率不足时,输出电压下降到210V以下时, 必须可靠、精准,具有温度补偿特性。更重要 蓄电池开始放电,同时向用户供电。 的是,对蓄电池组进行充电,具有蓄电池组管 其次,要明确几种状态:初始化,充电+ 理功能,能够实时监测到每块蓄电池的充放电 不供电,充电+供电,不充电+不放电+供 情况,有异常情况,发出报警信号,由人工进 电,不充电+不放电+不供电,放电+供电, 行处理。 故障状态(可自动恢复+不可自动恢复)。根 蓄电池的选用。蓄电池的品质也非常重 据上述对监控软件的设计要求可画出状态转换 要,质量稳定可靠,具有高海拔地区使用性能, 流程图,即图2所示。 246・电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering 4系统关键点模拟测试 在微网系统中关键部分是:并网逆变器、 充放电控制器和监控系统,如图1所示。并网 逆变器正常工作需要网侧交流电压信号,如果 在并网逆变器软件中不便于内设交流电压信 号,则可外设一个电压信号源,在并网逆变器 和电压信号源之间设置隔离电阻,目的在于既 保证了电压信号源向并网逆变器提供网测交流 电压信号,又保护了电压信号源不被并网逆变 器输出电压烧坏,电压信号源的负载能力很小。 按照图3进行模拟测试,并网逆变器能够正常 启动工作。 充放电控制器不仅需要具备充电和放电 功率控制功能外,而且需要具有蓄电池组管理 功能,对每个蓄电池工作状态进行监测。国内 有部分蓄电池生产厂家具有与电池组配套使用 的电池管理系统,可直接购置使用。监控软件 必须自行设计,可根据微网电站的资源情况, 按照监控系统状态转换流程图进行设计。根据 多年工作经验,微网系统其余部分相对较为简 单,比较容易实施。 5小结 本文是基于实地考察和相关应用基础上 提出的,并对关键点的工作情况进行了模拟测 试,具有一定的实用价值。本文所述微网系统 光伏电站是一种开放式系统,允许多个类似系 统并网连接,实现资源共享。 参考文献 [1]王长责,王斯成.太阳能光伏发电实用技 术(第2版)[M】.北京:化学工业出版 社.2005. 【2]李安定.太阳能光伏发电系统工程[M]. 北京:北京工业大学出版社,2006. [3】杨金焕.太阳能光伏发电应用技术[M]. 北京:电子工业出版社,2007. [4]冯垛生.太阳能发电技术与应用[M】.北 京:人民邮电出版社,2 012. 作者简介 王希望(1960一),男,陕西省人。大学本科学历。 现为陕西长岭光伏电气有限公司高级工程师。 主要研究方向为光伏逆变器、jr-流箱、配电柜 及光伏发电系统。 作者单位 陕西长岭光伏电气有限公司 陕西省宝鸡市 721 0O6 

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