摘 要：工業(yè)園大型光伏屋頂電站與傳統(tǒng)光伏電站及光電建筑有著顯著的不同，本文描述了它的特點(diǎn)，分析其設(shè)計(jì)難點(diǎn)，尤其是并網(wǎng)設(shè)計(jì)部分，再結(jié)合湖南20MW 光伏屋頂電站工程，探索了工業(yè)園大型光伏屋頂電站的設(shè)計(jì)思路與方法，提出智能微電網(wǎng)等新的應(yīng)用方式，對(duì)今后光伏行業(yè)的應(yīng)用與研究工作起一定的指導(dǎo)與參考意義。
關(guān)鍵字：大型光伏屋頂電站　智能微電網(wǎng)　并網(wǎng)
前 言：隨著人類(lèi)工業(yè)的發(fā)展，化石能源的利用不斷給環(huán)境帶來(lái)各方面的壓力，世界各國(guó)加快了對(duì)清潔新能源的開(kāi)發(fā)利用，太陽(yáng)能因具有清潔無(wú)害、分布廣泛等特點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。太陽(yáng)能光伏也成為當(dāng)今分布式新能源發(fā)電的熱點(diǎn)，然而由于當(dāng)今工業(yè)化發(fā)展不斷誕生的工業(yè)園一次又一次拉起電力缺口的警報(bào)，于是，將分布式光伏電站嫁接在負(fù)荷中心的工業(yè)園上成為高效利用分布式能源發(fā)電的新形式。
　 1. 研究意義與目標(biāo)
　　目前，光伏發(fā)電在我國(guó)主要有兩種并網(wǎng)應(yīng)用形式：大型地面（荒漠）電站和光伏建筑一體化。前者存在并網(wǎng)接入難、配套電網(wǎng)建設(shè)成本高的缺點(diǎn)，后者往往發(fā)電規(guī)模小、節(jié)能效益不突出；而隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，建設(shè)在以工業(yè)園等負(fù)荷中心的大規(guī)模屋頂光伏電站成為高效利用光伏發(fā)電的新型方式。
　　眾所周知，中國(guó)是一個(gè)制造業(yè)的大國(guó)，2011 年工業(yè)用電占全國(guó)全部電力的75%，而這些大的用電企業(yè)往往集中在以生產(chǎn)制造為主的工業(yè)園區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到目前為止，全國(guó)大型國(guó)家級(jí)工業(yè)園區(qū)有131 個(gè)，省級(jí)工業(yè)園區(qū)1500 多個(gè)，而如何為工業(yè)園提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，做到不拉閘不限電，一直是電力公司難以解決的突出問(wèn)題。而光伏屋頂電站的引入為它帶來(lái)新的機(jī)遇。
　　積極推進(jìn)工業(yè)園光伏屋頂電站的建設(shè)，還因其具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
　　1. 延緩了電網(wǎng)投資建設(shè)、降低電能線(xiàn)路損耗，具有良好的節(jié)能減排效益。用電側(cè)與發(fā)電側(cè)在同一區(qū)域，不僅節(jié)省線(xiàn)路投資，也大大省去了電能在輸配電網(wǎng)上的損耗。
　　2. 對(duì)電網(wǎng)具有一定的調(diào)峰作用。光伏發(fā)電在白天，而工業(yè)園區(qū)用電高峰變?cè)诎滋欤�這對(duì)供電區(qū)域錯(cuò)峰用電，調(diào)節(jié)峰谷值起到一定作用。
　　3. 利用園區(qū)廠房建光伏電站，無(wú)需另外占地，節(jié)約了土地資源。
　　因此，研究如何建設(shè)工業(yè)園區(qū)大型光伏屋頂電站是非常具有時(shí)代意義的。
　  2. 光伏政策
　　為促進(jìn)太陽(yáng)能光伏應(yīng)用在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，國(guó)家相繼推出一系列支持政策。從最早1997 年的針對(duì)偏遠(yuǎn)無(wú)電區(qū)太陽(yáng)能獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的“光明工程”，到2009 年針對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的“金太陽(yáng)示范工程”，以及2011 年1 月出臺(tái)的“太陽(yáng)能光電建筑應(yīng)用一體化示范項(xiàng)目”，都在光伏發(fā)電項(xiàng)目上給予一定的財(cái)政補(bǔ)貼，國(guó)家也通過(guò)像“甘肅敦煌10MW 光伏電站”等特許權(quán)招標(biāo)項(xiàng)目，摸底光伏行業(yè)成本，繼而在2011 年7 月出臺(tái)歷史性的上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià)政策。不僅在國(guó)家層面，各省級(jí)如江蘇、山東等也紛紛出臺(tái)各自的光伏應(yīng)用政策，極大地推動(dòng)了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各扶持政策見(jiàn)下表：

　　由表可見(jiàn)，國(guó)家在對(duì)光伏項(xiàng)目的支持力度是很大的，但同時(shí)我們也不難發(fā)現(xiàn)，金太陽(yáng)工程實(shí)施的三年，其導(dǎo)向重點(diǎn)已從鼓勵(lì)一般型用戶(hù)側(cè)和大型地面（荒漠）并網(wǎng)電站慢慢轉(zhuǎn)向用電負(fù)荷集中的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)的光伏發(fā)電形式，以及智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)項(xiàng)目。這也是本篇文章編寫(xiě)的意義所在。
　　此外，光伏發(fā)電項(xiàng)目還可通過(guò)合同能源管理方式，以節(jié)能減排指標(biāo)獲取國(guó)家補(bǔ)助政策，使得節(jié)能服務(wù)公司和用能單位均獲得利益。
　 3. 大型光伏屋頂電站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)
　 3.1 大型光伏屋頂電站的特點(diǎn)
　　大型光伏屋頂電站不同于前兩種光伏系統(tǒng)，它既具有裝機(jī)規(guī)模大（往往MW 級(jí)以上），同時(shí)具有帶負(fù)載特點(diǎn)，這使得它不能像普通的光伏建筑一體化直接接入低壓配電系統(tǒng)（因光伏容量一般遠(yuǎn)小于負(fù)荷，不用考慮負(fù)荷大小問(wèn)題）；
　　也不同于大型荒漠電站，沒(méi)有自身負(fù)荷只需升壓接入大電網(wǎng)。大型屋頂電站既要考慮并網(wǎng)運(yùn)行安全性（接入位置與容量），又要考慮運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性（自發(fā)自用還是上網(wǎng)賣(mài)電，以及如何分配），同時(shí)還需要考慮不同負(fù)荷用電特性時(shí)段的運(yùn)行模式（如節(jié)假日停產(chǎn)或具有間隔休息的廠區(qū)等），所以大型屋頂電站的并網(wǎng)設(shè)計(jì)成為整個(gè)電站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。
　 3.2 大型屋頂電站并網(wǎng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)
　　大型屋頂電站并網(wǎng)與諸多因素有關(guān)，設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，必須考慮的以下幾方面：
　 3.2.1 并網(wǎng)發(fā)電利用形式
　　一般來(lái)說(shuō)，光伏電站主要有如下四種并網(wǎng)發(fā)電利用形式：
　　1. 完全自發(fā)自用型+ 逆功率控制。即純粹的用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)，并配置逆功率保護(hù)系統(tǒng)保證不向上一級(jí)電網(wǎng)供電區(qū)域逆流。
　　2. 自發(fā)自用+ 剩余電力型。用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)，但允許有多余光伏電力存在，并且采取相應(yīng)措施解決和利用這部分電力，確保電網(wǎng)安全基礎(chǔ)上得到最大經(jīng)濟(jì)效益。
　　3. 全上網(wǎng)型。需要升壓接入配電網(wǎng)，由電力公司對(duì)其電力進(jìn)行全收購(gòu)。
　　4. 自發(fā)自用+ 上網(wǎng)型。整個(gè)電站系統(tǒng)中部分自發(fā)自用，部分升壓上網(wǎng)賣(mài)電。
　　不同的并網(wǎng)方式有不同的回報(bào)效益，項(xiàng)目投資初期應(yīng)根據(jù)政策支持方式，如申請(qǐng)報(bào)金太陽(yáng)或光電建筑示范項(xiàng)目還是上網(wǎng)電價(jià)賣(mài)電。前者一般為用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)，若有富余電力則將以本地脫硫燃煤電價(jià)由電網(wǎng)收購(gòu)（前提是要保證電網(wǎng)全），后者則是全部上網(wǎng)并入10KV 及以上配電網(wǎng)，由電網(wǎng)以1 元/KWh 的價(jià)格（2011 年7 月后）收購(gòu)。結(jié)合工業(yè)園區(qū)自身用電大戶(hù)考慮，以用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)為主導(dǎo)且申報(bào)金太陽(yáng)補(bǔ)貼為最經(jīng)濟(jì)方法，即第二種和第四種。但第二種如何保證安全基礎(chǔ)上利用剩余電力是設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)，第四種方法亦在合理分配自用與賣(mài)電比例，以及如何實(shí)施是它難點(diǎn)。
　 3.2.2 低壓和高壓并網(wǎng)方式
　　光伏電站并網(wǎng)有兩種常見(jiàn)方式，即低壓并網(wǎng)和升壓并網(wǎng)。對(duì)于大規(guī)模屋頂電站其各自的優(yōu)劣如下表：
　　

　　若是用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)，大型屋頂電站還必須對(duì)本地區(qū)域進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)與分析。
　　負(fù)荷分析可按變壓器為單位，應(yīng)包含以下幾方面內(nèi)容：設(shè)備總?cè)萘�、變壓器�?fù)載率、負(fù)載類(lèi)型（感性、阻性或容性）、用電特性（1：連續(xù)工作制的設(shè)備或生產(chǎn)線(xiàn)；2：短時(shí)或周期制的用電設(shè)備；3：季節(jié)性的用電設(shè)備）以及空調(diào)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)等。
　　根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)與原配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定光伏子系統(tǒng)的接入位置與接入容量，保證在不逆流情況下最大化利用光伏發(fā)電。
　 3.2.3 接入位置與容量設(shè)計(jì)
　　光伏屋頂電站作為一個(gè)分布式電源接入原配電系統(tǒng)，其接入位置與容量將對(duì)原系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。
　　首先分布式發(fā)電的接人必然會(huì)引起饋線(xiàn)中傳輸有功、無(wú)功數(shù)量和方向發(fā)生變化, 進(jìn)而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布，電壓支撐由分布式電源的總出力決定，總出力越多, 與負(fù)荷的比值越高, 電壓支撐就越大, 整體電壓水平就越高。
　　通過(guò)模擬仿真可知，光伏屋頂電站如果接入配電系統(tǒng)母線(xiàn)（如變壓器二次側(cè)）出線(xiàn)，對(duì)線(xiàn)路電壓分布的影響越�。蝗绻�較大容量接入在饋線(xiàn)中部, 局部極大電壓也就出現(xiàn)在線(xiàn)路中部，同時(shí)，散布在饋線(xiàn)上的接入比集中在同一個(gè)位置對(duì)電壓的支撐作用要大。
 

　　圖3-1 分布式發(fā)電接入位置變化引起電壓分布變化曲線(xiàn)
　　由此可知，如果屋頂電站以集中式單點(diǎn)方式并網(wǎng)，不能隨意接入配電系統(tǒng)位置，應(yīng)該接入母線(xiàn)上，但如果以分散多點(diǎn)并網(wǎng)接入，就電壓水平而言，接入線(xiàn)路中后端（如二級(jí)和三級(jí)電柜）更好一些。但實(shí)際過(guò)程中，原配電系統(tǒng)的線(xiàn)路分布與光伏發(fā)電系統(tǒng)的地理間隔往往成為接入的阻礙，主要影響線(xiàn)路投資、甚至配電線(xiàn)路改造，以及傳輸帶來(lái)的電能耗。
　　所以光伏系統(tǒng)以多大容量、分散還是集中形式接入原配電系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)位置，是大型屋頂電站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一。
　　3.3 光伏并網(wǎng)帶來(lái)的問(wèn)題
　　此外，上一定規(guī)模的光伏系統(tǒng)還面臨以下并網(wǎng)問(wèn)題：
　  一、接入點(diǎn)電能質(zhì)量的問(wèn)題
　　1. 諧波問(wèn)題。光伏電站一般都是通過(guò)電子逆變器接入電網(wǎng)，采用脈寬調(diào)制、斬波等技術(shù)的逆變器必然給電網(wǎng)造成諧波污染。
　　2. 功率輸出不穩(wěn)定引起的電壓波動(dòng)問(wèn)題。光伏電站的電能輸出受太陽(yáng)光強(qiáng)度變化而形成間歇性、周期性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，容易造成接入點(diǎn)電壓的脈動(dòng)以及輸電線(xiàn)路潮流的波動(dòng)，帶來(lái)地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性以及線(xiàn)路的逆潮流問(wèn)題。
　　3. 直流分量。光伏電站有可能向電網(wǎng)注入直流，使變壓器和電磁元件出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，并使附近機(jī)械負(fù)荷發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。
　　二、光伏接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
　　分布式光伏電源及儲(chǔ)能裝置的接入，改變了配電系統(tǒng)故障的特征，使故障后電氣量的變化變得十分復(fù)雜，使保護(hù)的工作原理和動(dòng)作邏輯均變得異常復(fù)雜，傳統(tǒng)的保護(hù)原理和故障檢測(cè)方法將受到巨大影響，從而無(wú)法正常工作，這已經(jīng)成為限制分布式發(fā)電供能技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用的重要技術(shù)屏障。
　 三、改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行管理習(xí)慣
　　分布式光伏電源的接入改變了傳統(tǒng)配網(wǎng)電能計(jì)量計(jì)費(fèi)方式以及與配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的信息交互技術(shù)。特別是當(dāng)光伏發(fā)電裝機(jī)比例增加到一定規(guī)模時(shí)，因其出力的隨機(jī)性間歇性等特點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)的營(yíng)運(yùn)調(diào)度、調(diào)頻策略等一個(gè)提出新的挑戰(zhàn)。
　 3.4 用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)剩余光伏電力問(wèn)題
　　大型屋頂電站因其裝機(jī)容量大，負(fù)荷具有時(shí)段性和間隔性（如長(zhǎng)期節(jié)假日或車(chē)間停產(chǎn)等情況下），將會(huì)產(chǎn)生大量的剩余光伏電力，針對(duì)如何解決因負(fù)荷不匹配出現(xiàn)的剩余電力，有如下四種方式：
　　① 任其逆流。負(fù)荷區(qū)域消耗不完的電力將通過(guò)原配電變壓器逆流至高壓側(cè)，原降壓變壓器變成升壓變，其負(fù)面影響主要有二方面：一方面將影響高壓側(cè)電力系統(tǒng)故障特性，可能致使繼電保護(hù)等裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)；另一方面逆流將抬高原低壓側(cè)的電壓水平，原400V 將升至440V 左右，將對(duì)低壓側(cè)所帶負(fù)載產(chǎn)生一定的過(guò)電壓影響甚至毀壞某些低壓設(shè)備。
　�、� 切除全部或部分光伏發(fā)電。采用逆功率控制系統(tǒng)，當(dāng)一旦檢測(cè)光伏發(fā)電將大于負(fù)載用電時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)停止光伏發(fā)電或切除部分光伏子系統(tǒng)，這是當(dāng)今最常用的一種方式，此方法不足之處是白白浪費(fèi)了光伏發(fā)電資源。
　　③ 切換至升壓系統(tǒng)送出。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為低壓并網(wǎng)和升壓送電的綜合系統(tǒng)，當(dāng)用戶(hù)側(cè)產(chǎn)生剩余電力時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)立即將系統(tǒng)（或部分子系統(tǒng)）切換至升壓回路，將剩余電力通過(guò)升壓站送上電網(wǎng)，最大化利用光伏發(fā)電資源。

　　圖3-1 分布式發(fā)電接入位置變化引起電壓分布變化曲線(xiàn)
　�、� 智能微電網(wǎng)接入方式；采用智能微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，將（白天）剩余光伏電力充入蓄電池系統(tǒng)，（晚上）通過(guò)逆變系統(tǒng)將電能放出供給負(fù)載。
　　上述四種方式中，第一種因其安全性和可靠性不高，一般不建設(shè)采用；第二種方式應(yīng)用廣泛但經(jīng)濟(jì)性不高，第三種和第四種有較高的經(jīng)濟(jì)回報(bào)效益，具有一定的創(chuàng)新性，只要運(yùn)用得當(dāng)，是值得推廣的方式。
　 4. 湖南九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂電站的設(shè)計(jì)特點(diǎn)
　 4.1 工程概述
　　湖南湘潭九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂電站屬于中國(guó)大型金太陽(yáng)工程，是2010 年國(guó)家13 個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電集中應(yīng)用示范區(qū)中最大的屋頂電站工程，項(xiàng)目位于湖南省湘潭區(qū)九華示范區(qū)，由珠海興業(yè)綠色建筑科技有限公司建設(shè)，項(xiàng)目2010年8 月完成可研性報(bào)告，次年7 月完成總體規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告，8 月開(kāi)始大規(guī)模施工建設(shè)，預(yù)計(jì)12 月中旬完成調(diào)試并網(wǎng)運(yùn)行。
　 4.2 設(shè)計(jì)思路與方法
　　本工項(xiàng)目主要包含中國(guó)興業(yè)（湖南）產(chǎn)業(yè)園區(qū)一期和二期、九華創(chuàng)業(yè)園區(qū)及其它園區(qū)部分建筑屋頂，現(xiàn)以典型的興業(yè)園一期為代表，分析大型電站的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。
　 4.2.1 基本情況
　　興業(yè)園一期含五個(gè)大型廠房，總面積約8.68 萬(wàn)平方米，主要由電池片生產(chǎn)車(chē)間、電池組件車(chē)間、幕墻門(mén)窗加工車(chē)間、玻璃深加工車(chē)間及熱能車(chē)間組成，主要負(fù)荷設(shè)備有燒結(jié)爐、擴(kuò)散爐、層壓機(jī)、玻璃鋼化爐等。興業(yè)園平面布局圖如下：
 

　　圖4-1 興業(yè)園平面布局圖
　　興業(yè)園有高壓總配電室一座，位于5# 廠房東北角，由高壓配電室分四個(gè)回路，分別給1，3# 廠房配電室、2，4#配電室、5# 配電室及生活倒班樓箱變供電。
　　為加強(qiáng)示范作用，共選用單晶硅、多晶硅和非晶硅三種組件，屋頂安裝情況如下：
 

　　表4-1 興業(yè)產(chǎn)業(yè)園一期布板基本情況表
　　而興業(yè)園一期各廠房的負(fù)荷與變壓器布置情況如下：
 

　　表4-2 興業(yè)園區(qū)廠房負(fù)荷與變壓器分布

　　4.2.2 并網(wǎng)設(shè)計(jì)
　　此處略去常規(guī)的陰影分析、組串與逆變器設(shè)計(jì)、直流匯流與保護(hù)設(shè)計(jì)等部分。
　 ① 并網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式
　　作為已獲得國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼的金太陽(yáng)項(xiàng)目，其上網(wǎng)電價(jià)只能與當(dāng)?shù)孛摿蛉济弘妰r(jià)相同（湘潭地區(qū)0.44 元/KWh)，而園區(qū)的工業(yè)用電綜合電價(jià)是0.8 元/KWh。顯而易見(jiàn)要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化則需盡量自發(fā)自用，采取用戶(hù)側(cè)低壓并網(wǎng)的方案。且低壓并網(wǎng)是一種成本低、損耗小、效率高、建造簡(jiǎn)單的并網(wǎng)形式，通過(guò)負(fù)荷分析可知1#，3#，4# 和5# 廠房均可采用這種并網(wǎng)方式接入自身區(qū)域變壓器。
　　再來(lái)分析2# 廠房，2# 廠房面積大負(fù)荷小，光伏容量達(dá)2.2MW， 區(qū)間負(fù)載只有0.98MW， 且變壓器容量只有1250KVA，無(wú)法滿(mǎn)足光伏接入條件。如將其接入其它廠房變壓器，如1，3# 配電廠房，則必須遠(yuǎn)距離電纜敷設(shè)，需增加投資約150 多萬(wàn)元，且低壓遠(yuǎn)距離送電電能損耗大、電壓壓降大，有違電力設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性原則。同時(shí)考慮全廠區(qū)的預(yù)測(cè)負(fù)荷功率為6490KW，而總的光伏裝機(jī)容量為7151KW，天氣良好情況下交流輸出可達(dá)6793KW，光伏發(fā)電將可能超過(guò)所有負(fù)載，園區(qū)配電系統(tǒng)將向上級(jí)電網(wǎng)產(chǎn)生逆功率，這不僅對(duì)電網(wǎng)，對(duì)廠區(qū)內(nèi)設(shè)備都可能造成損害。故綜合考慮，設(shè)計(jì)興業(yè)園有高壓總配電室一座，位于5# 廠房東北角，由高壓配電室分四個(gè)回路，分別給1，3# 廠房配電室、2，4#配電室、5# 配電室及生活倒班樓箱變供電。
　　為加強(qiáng)示范作用，共選用單晶硅、多晶硅和非晶硅三種組件，屋頂安裝情況如下：
　　將2# 廠房光伏系統(tǒng)升至10KV 上網(wǎng)，接入九華大園區(qū)10KV電網(wǎng)，興業(yè)園形成以低壓并網(wǎng)自發(fā)自用為主，高壓并網(wǎng)賣(mài)電為輔的混合并網(wǎng)方式。
　 ② 分散OR 單點(diǎn)并網(wǎng)
　　確定低壓并網(wǎng)方案后，其接入位置、分散還是集中接入是緊接著要考慮的問(wèn)題。為加強(qiáng)管理與維護(hù)、保證廠房?jī)?nèi)部配電安全性，不宜將大量的分布式（雙）電源分散置入車(chē)間，從而確定集中并網(wǎng)的優(yōu)越性，根據(jù)第三章的分析可知，大容量單點(diǎn)并網(wǎng)宜接入變壓器低壓母線(xiàn)，故在每個(gè)廠房單獨(dú)設(shè)立光伏配電間的，將逆變器、光伏并網(wǎng)柜等設(shè)備集中匯流將光伏電力送出。光伏配電間位置設(shè)計(jì)靠近原配電室，通過(guò)銅母排與原配電母線(xiàn)連接，以減少交流線(xiàn)路投資和電能損耗。整個(gè)并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：
 

　　圖4-2 興業(yè)園并網(wǎng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖
　 4.2.3 接入容量與負(fù)荷匹配分析
　　確立了基本的并網(wǎng)系統(tǒng)方案后，需要對(duì)用戶(hù)并網(wǎng)側(cè)進(jìn)行接入容量和負(fù)荷匹配分析，以驗(yàn)算并網(wǎng)方式的安全性和可靠性，根據(jù)統(tǒng)計(jì)負(fù)荷、地域分配和發(fā)電量綜合分析，得下表：
 

　　表4-2 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)接入容量與負(fù)荷匹配
　　說(shuō)明：根據(jù)系統(tǒng)效率和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際的光伏交流輸出按光伏額定容量的90% 計(jì)算。
　　由上可見(jiàn)用戶(hù)側(cè)低壓接入的光伏容量都不會(huì)超過(guò)預(yù)測(cè)負(fù)荷，其交流輸出按所占原變壓器容量不超過(guò)62%，正常工作下光伏所發(fā)電能將全部被負(fù)載消耗掉，這保證了整個(gè)配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。而且能做到確保負(fù)載率較低時(shí)，盡量不出現(xiàn)逆流現(xiàn)象。
　　4.3 解決方案與創(chuàng)新特點(diǎn)
　 4.3.1 電能質(zhì)量
　　為解決光伏電站并網(wǎng)的諧波問(wèn)題，在2# 廠房升壓站設(shè)置一套動(dòng)態(tài)有源濾波裝置，采用西班牙進(jìn)口動(dòng)態(tài)有源濾波器，對(duì)大小和頻率都變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，降低諧波率。
　　針對(duì)光伏電站出力瞬時(shí)變化性大而引起電壓波動(dòng)問(wèn)題，本項(xiàng)目創(chuàng)造性地引用削峰填谷的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)控制蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電調(diào)整節(jié)點(diǎn)能量變化波動(dòng)，從而穩(wěn)定其向外輸出特性。詳情請(qǐng)見(jiàn)第五章。
　　4.3.2 可調(diào)度性
　　對(duì)于10KV 并網(wǎng)電力上網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，建立強(qiáng)大的監(jiān)控系統(tǒng)和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅配置常規(guī)的光伏電站監(jiān)測(cè)信息量，發(fā)電量信息均通過(guò)光纖傳送至電網(wǎng)上一級(jí)變電站。為更好地響應(yīng)上級(jí)變電站的調(diào)度指令，本系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)的監(jiān)控技術(shù)控制每臺(tái)逆變器的功率輸出，調(diào)節(jié)其有功大小，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制有功輸出功能，而光伏電站常規(guī)的控制方式是在每個(gè)逆變器回路設(shè)置接觸器，通過(guò)二次系統(tǒng)控制其開(kāi)斷，這種方式的啟停往往對(duì)逆變器損害較大，且不能實(shí)現(xiàn)單臺(tái)逆變器的平滑調(diào)節(jié)，因此新型監(jiān)控方式的應(yīng)用才真正實(shí)現(xiàn)光伏電站的可調(diào)度性，繼而解決電站對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的不良影響。
　 4.3.3 逆功率控制系統(tǒng)
　　對(duì)于用戶(hù)側(cè)低壓并網(wǎng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全是非常重要的，因此本工程設(shè)置了逆功率保護(hù)系統(tǒng)。本工程1，3，4，5# 廠房均為低壓并網(wǎng)，在每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)均設(shè)置萬(wàn)能框架式斷路器，斷路器可通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)控制其關(guān)斷，另在變壓器二次側(cè)低壓出線(xiàn)關(guān)口設(shè)置逆功率檢測(cè)裝置，當(dāng)一旦檢測(cè)到光伏發(fā)電大于負(fù)載用電時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)立即切斷并網(wǎng)回路停止發(fā)電（或?qū)⒌蛪翰⒕W(wǎng)部分切換至升壓系統(tǒng)），以保證電網(wǎng)和變壓器的安全運(yùn)行。
　 4.3.4 兩種運(yùn)行模式
　　對(duì)于工業(yè)園區(qū)不同生產(chǎn)時(shí)段實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)行模式，以達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)效益。
　　由上章分析可知本工程采取用戶(hù)側(cè)低壓并網(wǎng)和升壓賣(mài)電的綜合并網(wǎng)方式，且低壓部分設(shè)置逆功率保護(hù)裝置，為充分利用太陽(yáng)能資源，當(dāng)用戶(hù)側(cè)并網(wǎng)部分出現(xiàn)剩余電力時(shí)，我們?cè)O(shè)計(jì)自動(dòng)切換的模式將其轉(zhuǎn)至升壓模式。
　　對(duì)于2# 廠房升壓并網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)園區(qū)用電量小時(shí)，應(yīng)盡可能多的將電力送上網(wǎng)；當(dāng)園區(qū)用電量大時(shí)，上網(wǎng)賣(mài)電價(jià)格比自身用電貴，應(yīng)盡可能多地將電力并網(wǎng)低壓網(wǎng)絡(luò)，在綜合考慮線(xiàn)路和設(shè)備投資成本情況下，本工程在2# 廠房升壓站設(shè)計(jì)250KW 光伏子系統(tǒng)雙電源自動(dòng)切換柜，當(dāng)廠區(qū)用電量大時(shí)，子系統(tǒng)在并在低壓電網(wǎng)，供2，4# 廠房設(shè)備供電（自用電比賣(mài)電貴）；當(dāng)廠區(qū)用電量小時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將雙電源切換至升壓系統(tǒng)，子系統(tǒng)并在10KV 電網(wǎng)上賣(mài)電產(chǎn)生收益（比停止發(fā)電效益好）。
　　不同模式的切換使得電站系統(tǒng)能運(yùn)行在最經(jīng)濟(jì)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)收益最大化。
　 4.3.5 無(wú)線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)
　　集中連片式光伏電站一般采取分散布置集中監(jiān)控的方式，即電站分若干子系統(tǒng)和發(fā)電區(qū)域，每個(gè)區(qū)域由若干逆變器及開(kāi)關(guān)柜組成，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)是將所有逆變器、環(huán)境監(jiān)測(cè)儀、逆功率檢測(cè)裝置等通過(guò)485 通訊電纜連接起來(lái)送一至監(jiān)控中心，這種方式一方面增加大量電纜成本和施工工程量，另一方面?zhèn)鬏斁嚯x有限（485 有線(xiàn)傳輸一般為1200m)，為解決上述兩大問(wèn)題，本工程設(shè)置珠海興業(yè)自主研發(fā)的無(wú)線(xiàn)通訊監(jiān)控系統(tǒng)。在每個(gè)發(fā)電區(qū)域配置一個(gè)光伏無(wú)線(xiàn)發(fā)射器，通過(guò)485 通訊搜集逆變器和各類(lèi)傳感器數(shù)據(jù)，空中發(fā)送至監(jiān)控中心的接收器，同時(shí)接受監(jiān)控中心指令，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)監(jiān)控。
　  5. 智能微電網(wǎng)的必然選擇
　　通過(guò)第三章3.3 條可知，光伏電站等分布式新能源發(fā)電并網(wǎng)存在并網(wǎng)電能質(zhì)量低、可調(diào)度性差以及安全性能低等重大缺陷。
　　為解決上述問(wèn)題，由中國(guó)興業(yè)太陽(yáng)能技術(shù)控股有限公司研發(fā)了智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。它以交流母線(xiàn)為基礎(chǔ)，由光伏發(fā)電子系統(tǒng)、儲(chǔ)能子系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、光纖通信、各類(lèi)智能開(kāi)關(guān)儀表及負(fù)荷組成，智能微電網(wǎng)與大電網(wǎng)通過(guò)可控開(kāi)關(guān)連接，每個(gè)光伏子系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)容量的蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過(guò)雙向逆變器與母線(xiàn)聯(lián)接，各類(lèi)儀表傳感器檢測(cè)電網(wǎng)、發(fā)電單元和負(fù)載運(yùn)行數(shù)據(jù)，將其輸送至監(jiān)控中心，由EMS 能量管理系統(tǒng)控制蓄電池的充放電，監(jiān)控中心控制整個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。由其原理圖如下：
 

　　圖5-1 智能微電網(wǎng)系統(tǒng)原理圖
　　智能微電網(wǎng)的應(yīng)用，能成功解決光伏電站并網(wǎng)的如下問(wèn)題：
　�、� 解決了光伏發(fā)電不穩(wěn)定性。微電網(wǎng)自帶的儲(chǔ)能系統(tǒng)能緩沖光伏發(fā)電因天氣原因引起的出力變化，當(dāng)光伏發(fā)電功率快速上升時(shí)，蓄電池系統(tǒng)拼命“吸入”能量，當(dāng)光伏發(fā)電功率快速下降時(shí)，蓄電池系統(tǒng)立即“釋放”能量，以阻止光伏發(fā)電功率變化過(guò)快，解決光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性。
　　② 改善了光伏電站并網(wǎng)的電能質(zhì)量。微電網(wǎng)能控制蓄電池和雙向逆變器單元，調(diào)節(jié)其向負(fù)載及網(wǎng)絡(luò)提供的無(wú)功及有功功率，通過(guò)快速吸收和釋放大功率電能解決系統(tǒng)中如電壓聚升、電壓聚降等暫態(tài)問(wèn)題，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓水平，提高電能質(zhì)量目的。
　　③ 提高系統(tǒng)帶負(fù)載能力，減輕大電網(wǎng)的壓力。微電網(wǎng)系統(tǒng)還能根據(jù)負(fù)載需要調(diào)節(jié)儲(chǔ)能單元充放電，吸收尖峰負(fù)荷、減少電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的負(fù)面影響。同時(shí)，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置智能繼電保護(hù)裝置，系統(tǒng)內(nèi)的各類(lèi)保護(hù)裝置參數(shù)可由監(jiān)控中心調(diào)整與修改，從而減小分布電源接入對(duì)電網(wǎng)的故障特性的負(fù)面影響，并可通過(guò)光纖與上級(jí)電網(wǎng)通信，調(diào)節(jié)有功與無(wú)功輸出，實(shí)現(xiàn)光伏電站的可調(diào)度性。
　　由上可以預(yù)見(jiàn)，最終，智能微電網(wǎng)是大型光伏屋頂電站并網(wǎng)接入的必然選擇。
　 6. 結(jié)語(yǔ)
　　大型光伏屋頂電站是光伏發(fā)電應(yīng)用成功的典范，它對(duì)中國(guó)工業(yè)園和光伏業(yè)的發(fā)展都具有積極的推動(dòng)作用，具有良好的節(jié)能減排示范效益。本文就如題內(nèi)容結(jié)合光伏政策分析了大型光伏屋頂電站的研究意義，剖析了大型屋頂電站的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，特別是并網(wǎng)設(shè)計(jì)及對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)的影響問(wèn)題，再以湖南九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂及智能微電網(wǎng)項(xiàng)目工程為例，展述其設(shè)計(jì)思想與過(guò)程，總結(jié)方案的創(chuàng)新特點(diǎn)，最后介紹新型智能微電網(wǎng)與大型電站結(jié)合應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)希望能給今后中國(guó)大規(guī)模光伏屋頂電站的應(yīng)用給予一定的指導(dǎo)與參考作用，體現(xiàn)國(guó)家金太陽(yáng)項(xiàng)目良好的示范意義。
　　參考文獻(xiàn)
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