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新能源太阳能光伏发电设备及其基本原理
返回列表 来源: 中煤天津设计 发布日期: 2021.12.27 浏览次数:


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一、光伏组件:

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应,是根据光生伏特效应原理,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能,光—电转换的基本装置就是太阳能电池

二、汇流箱

功能主要为交/直流支路汇集、传输,电流/电压采集。

三、集中式逆变器

集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此,逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW以上的集中式逆变器。

(一)集中式逆变器的优点如下:

1.功率大,数量少,便于管理;元器件少,稳定性好,便于维护;

2.谐波含量少,电能质量高;保护功能齐全,安全性高;

3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。

(二)集中式逆变器存在如下问题:

1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄,不能监控到每一路组件的运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,组件配置不灵活;

2.集中式逆变器占地面积大,需要专用的机房,安装不灵活;

3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。


四、组串式逆变器

光伏组串直接接入逆变器,单台容量一般在100kW以下。组串式并网逆变器的体积小、重量轻,搬运和安装都非常方便,不需要专业工具和设备,也不需要专门的配电室,在各种应用中都能够简化施工、减少占地,直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。

组串式逆变器MPPT电压范围宽,一般为250-800V,组件配置更为灵活。在阴雨天,雾气多的地区,发电时间长。

组串式逆变器采用模块化设计,直流端具有多路MPPT功能,交流端并联并网,其优点是不受组串间模块差异,和阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加了发电量。

组串式逆变器劣势:

1. 多个逆变器并联时,总谐波高,单台逆变器THDI可以控制到2%以上,但如果超过40台逆变器并联时,总谐波会迭加,而且较难抑制,容易产生谐振。

2. 电子元器件较多,功率器件和信号电路在同一块板上,设计和制造的难度大,可靠性稍差。功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区。

五、箱式变压器

箱变作用:逆变器将直流逆变为交流后,电压通常为270V~800V,将若干逆变器交流电流汇集后,升压至35kV(10kV),再通过集电线路将电能送出。通常一个光伏区,配备一台箱变。

我们常用的组合式美式箱变是将变压器器身、高压负荷开关、熔断器等元件一同放在变压器油箱内,因浸在油中,元件体积大为缩小,结构更为紧凑,安装方便、灵活。

对于集中式逆变器,配备箱变低压侧采用双分裂绕组,每个低压绕组接入一台逆变器,低压侧有两个断路器。

对于组串式逆变器,配备双绕组变压器,低压侧只有一个绕组,故低压侧只有一台断路器。

六、高压开关柜

在光伏电力系统中起通断、控制或保护等作用。

主要由:断路器、隔离刀闸(小车)、接地刀闸、五防机构、电流/电压互感器、保护测控装置、操控装置、指示仪表、一、二次回路及相关辅助设施构成。

断路器作为其核心元件,可用于开断故障电流。

根据灭弧介质,可分为真空断路器及 SF6断路器。

七、SVG动态无功补偿装置

SVG作用:稳定系统电压、提升功率因素、降低电网谐波、改善电能质量。

可分为:直挂式、降压式。

对于直挂机型,通过电抗器与中高压母线直接连接,节约了变压器昂贵的造价成本,但是模块数量的增加,使整机系统成本上升。

进行成本对比,对于10 MVar以上的机型,采用直挂方案,成本比较有优势。对于10 MVar以下的机型,采用降压方案,成本比较有优势。

相对于相同无功配置容量来讲,直挂机型由于无变压器迟滞作用,响应速度相比较降压机型更快。

从能耗及后期维护程度来说,各有优缺点。

冷却方式:风冷外循环、水冷内循环。

八、接地变压器

10kV/ 35kV电网中一般都采用中性点不接地的运行方式。接地变压器的作用是为中性点不接地的系统提供一个人为的中性点,便于采用消弧线圈或小电阻的接地方式,以减小配电网发生接地短路故障时的对地电容电流大小,提高配电系统的供电可靠性。

特点:高压侧Z型接线,零序阻抗很小,消弧补偿电流容易流通。

中性点经消弧线圈接地

优点:发生单相接地,可抑制接地点电容电流,系统线电压不变,允许可运行2小时;缺点:不能快速找到故障线路。

中性点经小电阻接地

优点:快速定位、切除故障线路;缺点:接地故障电流相对较大。

九、综自监控系统

通过计算机系统,可查看全站设备的运行状态 如:电流、电压、通讯、位置等信息。 发生异常时,发出告警如画面闪动、颜色变化、声音告警等。可以 推送事故报文, 提醒值班人员及时检查设备,设备具有远程遥控操作功能。

常用的有南瑞、南自、四方等厂家。


十、AGC、AVC系统

自动有无/无功控制系统,可根据调度指令,对电站逆变器、SVG装置进行有功、无功功率进行调节,对调节的精度及响应时间均有相关要求。

十一、光功率预测系统

预测系统就是将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据加以分析,最后将生成的数据文件通过非实时交换机发送给省调。省调接收数据文件,入库并加以分析,得到该站的日常发电情况。便于对该地区整个新能源发电的集中管控。  目前做预测系统比较不错的厂家有国能日新、南瑞继保、东润环能等。


一、太陽光発電コンポーネント:
太陽光発電の主な原理は半導体の光電効果であり、光生ボルト効果の原理に基づいて、太陽電池を利用して太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換し、光-電気変換の基本装置は太陽電池である。
二、汇流箱
機能は主に交差/直流分岐路の集積、伝送、電流/電圧採集である。
三、集中式インバータ
集中型インバータは、その名の通り、光起電力アセンブリで発生した直流電力を常に交流電力に変換した後、昇圧、並列ネットワークを行う。従って、インバータの電力は相対的に大きい。太陽光発電所では一般的に500 kW以上の集中型インバータを採用している。
(一)集中型インバータの利点は以下の通りである。
1.電力が大きく、数量が少なく、管理しやすい;部品が少なく、安定性がよく、メンテナンスが便利である。
2.高調波の含有量が少なく、電気エネルギーの品質が高い。保護機能がそろっており、安全性が高い。
3.電力要因調節機能と低電圧通過機能があり、電力網調節性が良い。
(二)集中型インバータには以下の問題がある。
1.集中式インバータMPPTの電圧範囲が狭く、各コンポーネントの運行状況を監視できないため、各コンポーネントを最適な作業点にすることができず、コンポーネントの配置が柔軟ではない。
2.集中式インバータの敷地面積が大きく、専用の機械室が必要で、取り付けが柔軟ではない。
3.自己消費電力及び機械室通風放熱消費電力が大きい。
四、シリアルインバータ
光起電力発電ユニットは直接インバータに接続され、1台の容量は一般的に100 kW以下である。直列式並列ネットワークインバータは体積が小さく、重量が軽く、運搬と設置が非常に便利で、専門的な工具と設備を必要とせず、専門的な配電室も必要とせず、各種の応用の中で施工を簡素化し、敷地を減らすことができ、直流回線接続も直流集電箱と直流配電箱などを必要としない。シリアル式はまた、自己消費電力が低く、故障の影響が小さく、交換とメンテナンスが便利であるなどの利点がある。
シリアルインバータMPPTは電圧範囲が広く、一般的に250-800 Vであり、コンポーネント構成がより柔軟である。曇り雨の日、霧の多い地域では、発電時間が長い。
直列式インバータはモジュール化設計を採用し、直流端は多重MPPT機能を有し、交流端は並列にネットワークを接続し、その利点は直列間モジュールの違いと影の遮蔽の影響を受けないと同時に、太陽電池アセンブリの最適な作動点とインバータが一致しない状況を減らし、発電量を最大限に増加させることである。
シリアルインバータの劣勢:
1.複数のインバータが並列に接続されている場合、総高調波が高く、1台のインバータTHDIは2%以上に制御できるが、40台以上のインバータが並列に接続されている場合、総高調波は反復し、抑制しにくく、共振が発生しやすい。
2.電子部品が多く、電力部品と信号回路は同じ基板上にあり、設計と製造の難易度が高く、信頼性がやや悪い。パワーデバイスは電気ギャップが小さく,高海抜地域には適していない。
五、箱型変圧器
箱変作用:インバータは直流を交流に逆変換した後に、電圧は通常270 V~800 Vで、いくつかのインバータの交流電流を集めた後に、35 kV(10 kV)まで昇圧して、更に集電線路を通じて電気エネルギーを送り出す。通常、1つの光起電力領域には、1台の箱変が備えられています。
私たちがよく使う組み合わせ式アメリカ式箱変は、トランスボディ、高圧負荷スイッチ、ヒューズなどの素子をトランスオイルタンク内に一緒に置くことであり、油に浸漬するため、素子の体積が大きく縮小し、構造がよりコンパクトで、取り付けが便利で、柔軟である。
集中式インバータの場合、箱変低圧側に二重分裂巻線を採用し、各低圧巻線に1台のインバータを接続し、低圧側に2つの遮断器がある。
シリアルインバータには、二重巻線変圧器が搭載されており、低圧側には巻線が1つしかないため、低圧側には遮断器が1台しかない。
六、高圧スイッチボックス
太陽光発電電力システムにおいて、遮断、制御または保護などの役割を果たす。
主に、遮断器、隔離ブレーキ(小車)、接地ブレーキ、五防機構、電流/電圧インダクタ、保護測定制御装置、操作装置、指示計器、一、二次回路及び関連補助施設から構成されている。
遮断器はそのコア素子として故障電流を遮断するために使用することができる。
消弧媒体により、真空遮断器及びSF 6遮断器に分けられる。
七、SVG動的無効補償装置
SVG作用:システム電圧を安定させ、電力要素を向上させ、電力網の高調波を下げ、電気エネルギーの品質を改善する。
直結式、降圧式に分けられます。
直掛機種では、リアクトルを介して中高圧母線に直接接続し、変圧器の高価なコストを節約したが、モジュール数の増加により、システム全体のコストが上昇した。
コスト対比を行い、10 MVar以上の機種については直掛方式を採用し、コストが比較的優位である。10 MVar以下の機種では、降圧方式を採用しており、コストが比較的優れている。
同じ無効配置容量に対して、直掛機はトランスヒステリシスがないため、応答速度が降圧機より速い。
エネルギー消費と後期メンテナンスの程度から言えば、それぞれメリットとデメリットがある。
冷却方式:風冷外循環、水冷内循環。
八、接地変圧器
10 kV/35 kV電力網では一般的に中性点非接地運転方式が採用されている。接地変圧器の役割は中性点が接地しないシステムに人為的な中性点を提供することであり、アークコイルや小抵抗の接地方式を採用しやすく、配電網が接地短絡故障を発生したときの対地容量電流の大きさを低減し、配電システムの給電信頼性を高める。
特徴:高圧側Z型配線、ゼロシーケンスインピーダンスが小さく、消弧補償電流が流通しやすい。
中性点がアークコイルを介して接地される
利点:単相接地が発生し、接地点の容量電流を抑制でき、システム線電圧が変わらず、2時間運転できる。欠点:障害回線をすばやく見つけることができません。
中性点は小抵抗で接地する
利点:故障線路を迅速に位置決めし、切除する。欠点:接地故障電流が比較的大きい。
九、総合自己監視システム
コンピュータシステムにより、電流、電圧、通信、位置などの全局設備の運転状態を表示できます。異常が発生した場合、画面のフラッシュ、色の変化、音のアラームなどのアラームが発生します。事故報告書をプッシュし、当直者に設備をタイムリーに検査するように注意することができ、設備は遠隔遠隔遠隔制御操作機能を持っている。
よく使われるのは南瑞、南自、四方などのメーカーです。
十、AGC、AVCシステム
自動有無/無功制御システムは、スケジューリング指令に基づいて、発電所インバータ、SVG装置に対して有功、無功電力を調整することができ、調整の精度と応答時間に対して関連要求がある。
十一、光パワー予測システム
予測システムは、天気予報データと環境検出器で採取したデータを分析し、生成したデータファイルを非リアルタイムスイッチで省調に送信する。省はデータファイルを受信し、入庫して分析し、同駅の日常発電状況を得た。この地域全体の新エネルギー発電の集中管理を容易にする。現在、予測システムが比較的良いメーカーは国能日新、南瑞継保、東潤環能などがある。

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