CN106856332A

CN106856332A - 一种分布式光伏发电并网系统

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Publication number: CN106856332A
Application number: CN201710166561.2A
Authority: CN
Inventors: 王帆; 赵海东; 李勇; 胡平; 李华; 胡诗尧
Original assignee: State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Baoding Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Current assignee: State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Baoding Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2017-06-16

Abstract

本发明公开了一种分布式光伏发电并网系统，包括多个光伏发电并网系统，光伏发电并网系统包括由多个串联的光伏组件组成的光伏组件串，用于光伏发电，光伏发电并网系统还包括直流汇流箱、组串式逆变器和交流配电箱，光伏组件串通过直流线路连接直流汇流箱，组串式逆变器接在直流汇流箱和交流配电箱之间，交流配电箱通过交流线路接入220伏或380伏电网。本发明可准确断开其与电网侧的连接，转入离网运行状态，安全可靠性高、结构简单、拓展能力强。

Description

一种分布式光伏发电并网系统

技术领域

本发明涉及光伏发电并网技术领域，特别是涉及一种分布式光伏发电并网系统。

背景技术

分布式光伏电站主要用于就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送，一般单个电站容量较小，通常并入低压配电网。分布式光伏发电接入配电网后，改变了目前电网的电源接入分布结构，配电网由纯负荷辐射性结构变为多端口多向潮流结构，大量发电设备的接入、并网，势必给正常的电网运行、维护检修带来安全风险。现有的大多数光伏并网发电系统存在安全性低、结构复杂、拓展能力差等技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种分布式光伏发电并网系统，可准确断开其与电网侧的连接，转入离网运行状态，安全可靠性高、结构简单、拓展能力强。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种分布式光伏发电并网系统，包括多个光伏发电并网系统，光伏发电并网系统包括由多个串联的光伏组件组成的光伏组件串，用于光伏发电，光伏发电并网系统还包括直流汇流箱、组串式逆变器和交流配电箱，光伏组件串通过直流线路连接直流汇流箱，组串式逆变器接在直流汇流箱和交流配电箱之间，交流配电箱通过交流线路接入220伏或380伏电网；直流汇流箱包括直流断路器和第一智能配电装置，直流断路器串联在直流汇流箱的输入回路，第一智能配电装置并联在直流汇流箱的输入回路，第一智能配电装置用于监控直流汇流箱的输入回路；交流配电箱包括计量装置、第二智能配电装置和交流断路器，计量装置接在交流配电箱的输入回路上，交流断路器串联在交流配电箱的输入回路，第二智能配电装置并联在交流配电箱的输入回路，第二智能配电装置用于监控交流配电箱的输入回路。

进一步的，光伏发电并网系统中的光伏组件串的容量为8千瓦及以下时，光伏发电并网系统接入220伏电网。

进一步的，光伏发电并网系统中的光伏组件串的容量为8千瓦至400千瓦之间时，光伏发电并网系统接入380伏电网。

进一步的，光伏组件的个数≤组串式逆变器的最大直流输入电压/一个光伏组件在工作条件下的极端低温的开路电压；

光伏组件的个数满足以下算式：

其中，N为光伏组件的个数，

Kv为光伏组件的开路电压温度系数，

t为光伏组件工作条件下的极限低温(℃)，

Voc为光伏组件开路电压(V)，

Vdcmax为组串式逆变器的最大直流输入电压(V)。

进一步的，组串式逆变器的最大功率跟踪电压的最小值/一个光伏组件在工作条件下的极限高温的工作电压≤个数≤组串式逆变器的最大功率跟踪电压的最大值/一个光伏组件在工作条件下的极限低温的工作电压；

光伏组件的个数满足以下算式：

其中，Kv’为光伏组件的工作电压温度系数，

t’为光伏组件工作条件下的极限高温(℃)，

Vpm为光伏组件工作电压(V)，

Vmpptmax为组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最大值(V)，

Vmpptmin为组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最小值(V)。

进一步的，直流汇流箱内设有防雷保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输入回路设有过流保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输入回路设有防逆流保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输出回路设有隔离保护装置。

进一步的，交流配电箱内设有防雷保护装置，交流配电箱的输入回路设有过流保护装置，交流配电箱的输出回路设有隔离保护装置。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供了一种分布式光伏发电并网系统，可确保在电网侧发生永久故障时，分布式光伏发电系统可准确断开与电网侧的连接，转入离网运行状态，解决了分布式光伏发电系统不能准离网可能危及配网运维检修人员安全的问题；同时，可确保电网侧发生暂时性故障时，分布式光伏发电系统保持并网状态等待系统恢复正常，解决了电网侧出现电压扰动时分布式光伏发电系统频繁脱网而影响分布式光伏发电的问题。本发明安全可靠性高、结构简单、可拓展性强。

附图说明

图1是本发明实施例中光伏发电并网系统的电气原理图；

图2是本发明实施例中光伏发电并网系统接入220伏电网的电路图；

图3是本发明实施例中光伏发电并网系统接入380伏电网的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，为本发明一种分布式光伏发电并网系统的一个实施例，包括多个光伏发电并网系统。光伏发电并网系统包括由多个串联的光伏组件组成的光伏组件串，用于光伏发电。光伏发电并网系统还包括直流汇流箱、组串式逆变器和交流配电箱，光伏组件串通过直流线路连接直流汇流箱，组串式逆变器接在直流汇流箱和交流配电箱之间，交流配电箱通过交流线路接入220伏或380伏电网；直流汇流箱包括直流断路器(QF1)和第一智能配电装置(SPD1)，直流断路器(QF1)串联在直流汇流箱的输入回路，第一智能配电装置(SPD1)并联在直流汇流箱的输入回路，第一智能配电装置(SPD1)用于监控直流汇流箱的输入回路；交流配电箱包括计量装置(FM)、第二智能配电装置(SPD2)和交流断路器(QF2)，计量装置(FM)接在交流配电箱的输入回路上，交流断路器(QF2)串联在交流配电箱的输入回路，第二智能配电装置(SPD2)并联在交流配电箱的输入回路，第二智能配电装置(SPD2)用于监控交流配电箱的输入回路。

分布式光伏发电并网系统接入后，供电电压允许偏差为：

1)10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％。

2)220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％与-10％。

在既有建筑物上增设光伏发电并网系统，必须进行建筑物结构和电气的安全复核，满足建筑结构及电气的安全性要求。

安装在居民建筑屋顶上的光伏发电并网系统，应在人员有可能接触或接近的位置，应设计有防触电警示标识及相应的电气安全防护措施。

本发明中选择组串式逆变器为并网逆变器。

并网逆变器的选择还应遵循以下原则：

1.并网逆变器应具备自动运行和停止功能、最大功率跟踪控制功能和防止孤岛效应功能；

2.逆流型并网逆变器应具备自动电压调整功能；

3.不带工频隔离变压器的并网逆变器应具备直流检测功能；

4.无隔离变压器的并网逆变器应具备直流接地检测功能；

5.并网逆变器应具有并网保护装置，与电力系统具备相同的电压、相数、相位、频率及接线方式；

6.并网逆变器的选择应满足高效、节能、环保的要求。

本发明中，直流线路的设计应遵循以下原则：

1.耐压等级应高于光伏方阵最大输出电压的1.25倍；

2.额定载流量应高于短路保护电器整定值，短路保护电器整定值应高于光伏方阵的标称短路电流的1.25倍；

3.线路损耗应控制在2％以内。组串式逆变器的额定容量应根据光伏发电并网系统装机容量确定，逆变器的数量应根据光伏发电并网系统装机容量及单台逆变器额定容量确定。

光伏发电并网系统在供电负荷与并网逆变器之间和共用电网与负荷之间应设置隔离开关，隔离开关应具有明显断开点指示及断零功能。

光伏发电并网系统与公共电网之间应设隔离装置。光伏发电并网系统在并网处应设置并网专用低压开关箱(柜)，并应设置专用标识和“警告”、“双电源”提示性文字和符号。

光伏发电并网系统在并网处设置的并网专用低压开关箱(柜)应设置手动隔离开关和自动断路器，断路器应采用带可视断点的机械开关；除非当地供电部分要求，否则不得采用电子式开关。

光伏发电并网系统与公用电网之间的隔离开关和断路器均应具有断零功能，且相线和零线应能同时分断和合闸。

隔离开关应符合下列规定：

1.断开触头之间的隔离距离，应可见或能明显标示“闭合”和“断开”状态；

2.隔离电器应能防止意外的闭合；

3.应有防止意外断开隔离电器的锁定措施。

隔离电器应采用下列电器：

1.单级或多级隔离器、隔离开关或隔离插头；

2.插头与插座；

3.连接片；

4.不需要拆除导线的特殊端子；

5.熔断器；

6.具有隔离功能的开关和断路器。

光伏发电并网系统应具有自动检测功能及并网切断保护功能，并应符合下列要求：

1.光伏发电并网系统应安装电网保护装置，并应符合国家现行标准《光伏(PV)系统电网接口特性》GB/T20046的相关规定；

2.当公用电网电能质量超限时，光伏发电并网系统应自动与公用电网解列，在公用电网质量恢复正常后的5min之内，光伏发电并网系统不得向电网供电。

3.选用微型或塑壳式断路器，根据短路电流水平选择设备开断能力，并需留有一定裕度，断路器应具备电源端与负荷端反接能力。

4.当采用集中并网方式时，并网点的断路器应具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、欠压脱扣功能，线路发生短路故障时，线路保护能快速动作，瞬时跳开断路器，满足全线故障时快速可靠切除故障的要求。断路器还应具备反应故障机运行状态的辅助接点。

220V及380V电压等级不配置防孤岛检测及安全自动装置，采用具备防孤岛能力的逆变器，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。

光伏发电并网系统的电能计量装置与通信应符合下列规定：

1.光伏发电并网系统应在发电侧和关口计量点分别配置、安装专用电能计量装置。

2.发电侧计量装置用于计量光伏发电并网系统全部所发电量，电网据此结算补贴电费，关口计量点宜设置为双向电能计量表，计量用户向电网购电和光伏发电并网系统的返网电量。

3.电能计量装置宜采用无线方式将发电量信息传至监控中心或接入现有集抄系统实现电量信息远传。

4.电能计量装置应符合国家现行标准《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T 5137和《电能计量装置技术管理规程》DL/T 448的相关规定。

本发明适用于在新建或既有的居民建筑屋顶上安装小容量户用光伏发电系统的设计，光伏发电系统运行方式为“自发自用，余量上网”，包括以下三种类型：

a)各用户分散并网、单个并网点总装机容量不超过8kW，以220V单相接入用户电源进线箱内，组串式逆变器宜选择交流220V单相输出的组串型逆变器，具体电路如图2所示。

b)各用户集中并网、单个并网点总装机容量不超过400kW，以380V三相集中接入用户配电变压器低压侧，组串式逆变器宜选择交流380V三相输出的组串型逆变器，具体电路如图3所示。

c)部分用户采用a)和b)方式并网，剩余用户集中以10kV并网。

光伏组件的个数满足以下算式：

其中，N为光伏组件的个数，

Kv为光伏组件的开路电压温度系数，

t为光伏组件工作条件下的极限低温(℃)，

Voc为光伏组件开路电压(V)，

Vdcmax为组串式逆变器的最大直流输入电压(V)。

光伏组件的个数满足以下算式：

其中，Kv’为光伏组件的工作电压温度系数，

t’为光伏组件工作条件下的极限高温(℃)，

Vpm为光伏组件工作电压(V)，

Vmpptmax为组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最大值(V)，

Vmpptmin为组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最小值(V)。

根据组串式逆变器的额定直流电压、最大功率跟踪控制范围、光伏组件的最大输出工作电压及其温度系数，确定光伏组件的串联个数，光伏组件串在当地极端气温下的最大开路电压应低于组串式逆变器直流侧的设计电压，光伏组件串的最大功率工作电压变化范围应在组串式逆变器的最大功率跟踪电压范围内。

进一步的，直流汇流箱内设有防雷保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输入回路设有过流保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输入回路设有防逆流保护装置。

进一步的，直流汇流箱的输出回路设有隔离保护装置。

以下结合工作原理对上述的一种分布式光伏发电并网系统作进一步说明：光伏组件串产生的直流电流经直流线路进入直流汇流箱，直流汇流箱对直流电流进行监测、控制和保护，直流汇流箱输出的直流电流经组串式逆变器转换为交流电流送入交流配电箱，交流配电箱对交流电流进行监测、控制和保护，交流配电箱输出的交流电流经交流线路送入电网。

Claims

1.一种分布式光伏发电并网系统，包括多个光伏发电并网系统，所述光伏发电并网系统包括由多个串联的光伏组件组成的光伏组件串，用于光伏发电，其特征在于：所述光伏发电并网系统还包括直流汇流箱、组串式逆变器和交流配电箱，所述光伏组件串通过直流线路连接所述直流汇流箱，所述组串式逆变器接在所述直流汇流箱和所述交流配电箱之间，所述交流配电箱通过交流线路接入220伏或380伏电网；所述直流汇流箱包括直流断路器(QF1)和第一智能配电装置(SPD1)，所述直流断路器(QF1)串联在所述直流汇流箱的输入回路，所述第一智能配电装置(SPD1)并联在所述直流汇流箱的输入回路，所述第一智能配电装置(SPD1)用于监控所述直流汇流箱的输入回路；所述交流配电箱包括计量装置(FM)、第二智能配电装置(SPD2)和交流断路器(QF2)，所述计量装置(FM)接在所述交流配电箱的输入回路上，所述交流断路器(QF2)串联在所述交流配电箱的输入回路，所述第二智能配电装置(SPD2)并联在所述交流配电箱的输入回路，所述第二智能配电装置(SPD2)用于监控所述交流配电箱的输入回路。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述光伏发电并网系统中的光伏组件串的容量为8千瓦及以下时，所述光伏发电并网系统接入220伏电网。

3.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述光伏发电并网系统中的光伏组件串的容量为8千瓦至400千瓦之间时，所述光伏发电并网系统接入380伏电网。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：

所述光伏组件的个数≤所述组串式逆变器的最大直流输入电压/一个所述光伏组件在工作条件下的极端低温的开路电压；

所述光伏组件的个数满足以下算式：

N \leq \frac{V_{d c \max}}{V_{o c} \times [1 + (t - 25) \times K_{v}]}

其中，N为所述光伏组件的个数，

Kv为所述光伏组件的开路电压温度系数，

t为所述光伏组件工作条件下的极限低温(℃)，

Voc为所述光伏组件开路电压(V)，

Vdcmax为所述组串式逆变器的最大直流输入电压(V)。

5.根据权利要求4所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：

所述组串式逆变器的最大功率跟踪电压的最小值/一个所述光伏组件在工作条件下的极限高温的工作电压≤所述个数≤所述组串式逆变器的最大功率跟踪电压的最大值/一个所述光伏组件在工作条件下的极限低温的工作电压；

所述光伏组件的个数满足以下算式：

\frac{V_{m p p t \min}}{V_{p m} \times [1 + (t^{'} - 25) \times {K^{'}}_{v}]} \leq N \leq \frac{V_{m p p t \max}}{V_{p m} \times [1 + (t - 25) \times {K^{'}}_{v}]}

其中，Kv’为所述光伏组件的工作电压温度系数，

t’为所述光伏组件工作条件下的极限高温(℃)，

Vpm为所述光伏组件工作电压(V)，

Vmpptmax为所述组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最大值(V)，

Vmpptmin为所述组串式逆变器的最大功率跟踪电电压最小值(V)。

6.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述直流汇流箱内设有防雷保护装置。

7.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述直流汇流箱的输入回路设有过流保护装置。

8.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述直流汇流箱的输入回路设有防逆流保护装置。

9.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述直流汇流箱的输出回路设有隔离保护装置。

10.根据权利要求1所述的一种分布式光伏发电并网系统，其特征在于：所述交流配电箱内设有防雷保护装置，所述交流配电箱的输入回路设有过流保护装置，所述交流配电箱的输出回路设有隔离保护装置。