分布式光伏电站的设计研究

俞琪

摘 要：光伏发电是具有可再生、绿色环保、发电系统建造灵活、光伏建筑集成的特点，本文介绍了分布式发电站设计的基本构成，逆变器的特性，并网接入的分类，接地系统施工技术要求进行研究分析。

关键词：光伏电池;逆变器;接入;并网;接地系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.20.130

1 分布式光伏发电站设计的基本构成

由光伏发电系统（光伏组件）、光伏逆变系统（汇流箱;光伏并网逆变器）、并网接入系统（升压变压器;并网接入柜（智能电表））构成。

1.1 分布式光伏发电系统主要元器件

光伏电池主要由单晶硅或多晶硅生产而成。多组光伏电池串并联形成光伏电池板。单晶硅太阳能电池具有较高的光电转换效率，性能稳定，但成本高。多晶硅太阳能电池具有成本低，转换效率略低。由于光伏电池板的负电压温度系数，设计需考虑在最低环境温度条件下，光伏组串的开路电压满足要求。

1.2 分布式光伏逆变系统

1.2.1 逆变系统常见的形式有三种

①集中式逆变器方案：光伏方阵、直流汇流箱以及逆变器是集中式逆变器结构的主要设备，光伏组件经过串并联组合光伏方阵，经逆变器将所产生的直流电转变成交流电。

直流汇流箱→逆变（大容量逆变器）→升压变

②组串式逆变器方案：运用模块化方法，将若干个太阳能电池组件串联接一个逆变器，每串都具有最大功率点跟踪功能，在交流端并联后并入电网。

逆变器（小容量多台）→交流汇流（交流配电箱）→升压变

③组串式+集中式组合方案：

设计前通过投资成本对比和发电量对比，来选择在整个生命周期内，哪种逆变器方案更有优势。

1.2.2 逆变器原理图

1.2.3 逆变器保护功能

①短路保护;②对地绝缘监测;③逆变器输出电压监测;④逆变器输出频率监测;⑤剩余电流保护;⑥交流输出电流的直流分量监测;⑦反孤岛保护;⑧环境温度监测;⑨直流过压保护：DC二级防雷器（40KA）/AC二级防雷器;⑩过流保护、功率模块温度保护。

1.2.4 逆变器降额功能

当模块温度或机内温度超过温度上限，逆变器会逐渐减小输出功率，直至模块温度恢复到正常范围，逆变器的输出功率才会逐步增加至额定功率。当电网电压过低时，逆变器会通过降额使得输出电流在规定的范围之内，逆变器会逐渐减小输出功率。

1.2.5 与逆变器相关的注意事项

①多台逆变器不可共用一个断路器;

②逆变器与断路器之间不可接入负载;

③逆变器内部装有集成的综合漏电电流监测单元，逆变器可以区分故障电流与电容漏电流。逆变器检测到大于允许值的漏电流时，将迅速与电网断开。但是如果外部安装了RCD或者漏电流开关，则其开关的动作电流需为600mA或者更高;

④设计光伏阵列时，每路光伏组串电压即使在最低温度下也不超过1000V，否则将造成逆变器不可恢复性损坏;

⑤保证直流侧最大短路电流在逆变器允许范围内，否则可能造成逆变器不可恢复的损坏;

⑥由于太阳光和环境温度是动态变化，为使光伏阵列能运行于功率最大值，需进行最大功率点跟踪（MPPT），为了充分利用直流输入功率，同一输入MPPT的光伏组串应结构一致，包括相同的型号、相同的电池板数、相同的倾角、相同的方位角。

1.3 升壓及并网接入系统

1.3.1 分布式光伏接入系统分类

对于有升压站的分布式电源，并网点为分布式电源升压站高压侧母线或节点;对于无升压站的分布式电源，并网点为分布式电源的输出汇总点。电源接入电网的连接处，该电网既可能是公共电网，也可能是用户电网。分为两大类：单点接入系统和组合接入系统。单点接入系统分为10KV接入（接入用户10KV母线）和380V接入（接入用户配电箱或箱变低压母线）。10KV接入单个并网点参考容量为0.4-6MW;低压380V接入单个并网点容量为20-400KW。

1.3.2 380V低压侧并网的要求

①并网计量柜与原有低压柜母线（垂直母线）之间有明显断开点;

②并网计量柜与光伏电源侧（含逆变器和交汇流箱）之间有明显断开点;

③原低压系统如有分计量需从分计量下并入（防止重复计量）。

1.3.3 光伏并网计量柜

①置于配电所内;

②并网柜总开满足（Q/GDW1972《分布式光伏并网专用低压断路器技术规范》和Q/GDW1973《分布式光伏并网专用低压断路器检测规程》）具备失压跳闸有压合闸，失压跳闸定值宜整定为20%UN、10秒，检有压定值宜整定大于85%UN（接入方案）;

③并网总开关光伏并网专用欠压脱扣器电源取市电侧;

④计量仓需安装双向计量表和集抄。

1.3.4 升压器的选择

变压器低压侧的额定功率需要满足逆变器的输出要求，且需要有中性点以及外接的中性导体。短路阻抗满足GB/T17468《电力变压器选用导则》。

1.4 分布式光伏电站的接地系统

1.4.1 接地系统要求

①在光伏发电系统中，所有非载流金属部件和设备的外壳都应该接地（如光伏模块的支架，逆变器外壳等）;

②单台逆变器系统需要将“PE”电缆接地;

③多台逆变器系统需要将所有逆变器“PE”电缆以及光伏阵列的金属框架接至同一个接地铜排上，以实现成等电位连接;

④由于逆变器多为无变压器型，要求光伏组串的正极和负极均不能接地，否则会造成逆变器无法正常运行。

1.4.2 分布式光伏发电对电能质量的影响

主要有电压偏差、电压波动、谐波污染三方面的影响，一般在设计中有关光伏并网的功率补偿和谐波治理，会预留有源电力滤波（功率补偿）装置安装位置，待投运后根据实测数据再确认是否增加有源电力滤波（功率补偿）装置。

2 结语

分布式光伏发电站具有灵活分散特性，具有自发自用，电网调节，余量上网的特点。但接入配电网之后将会一定程度上影响配电网，例如对电能质量、谐波污染等。居民申请分布式光伏并网接入380V低压将是今后设计研究的重点。

参考文献：

[1]国家电网.关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见[M].2012.

[2]标准函2012 93号征求意见稿.分布式电源接入电网技术规定[M].

[3]王立乔，孙孝峰.分布式发电系统中的光伏发电技术第2版[M].北京：机械工业出版社，2014.