光伏发电系统优化设计分析

光伏发电系统优化设计分析

白金莉

山东昊东建筑安装工程有限公司，山东临沂 276000

摘要：随着光伏技术的不断进步，对于项目成本、度电成本等控制越来越重要，对光伏系统的设计要求也越来越细化。研究结合实际工程项目，对光伏发电系统的经济倾角、离地高度、最优容配比等进行差额收益率分析，通过优化系统设计，从而提高项目收益。

关键词：光伏；系统优化；设计要点

中图分类号：TM615

文献标识码：A

引言

我国电力产业进入了快速发展的时期，对经济和社会的发展起到了不可取代的作用。有更多的先进技术被应用到了电力系统中，其中以光伏发电技术最具代表性，由于采用了太阳能发电的模式，因此具有环保的特点。考虑到这种发电技术通过中高压或者低压线路和输电网对接，其运行过程中很可能发生电压越限的情况，进而威胁到配电网电压的稳定。这就决定了相关技术人员应该对分布式光伏发电系统影响配电网电压的路径展开研究，并且制定出解决电压越限问题的办法。

1分布式光伏发电技术

1.1分布式光伏发电技术的特点

目前，国际上还没有统一的分布式发电的定义，不过分布式发电作为一种发电装置具有以下两方面特性：（1）大电量较小，（2）可以直接配置在用户附近。分布式光伏发电在广义上，包括并网式和离网式两种光伏发电系统。无论是在国际上、还是在中国的配电网中，都往往采用并网式分布式光伏发电系统，且连接的路径是公共连接点，后者也是系统和负荷的分界点。不带储能的分布式光伏发电系统以变压器连接中压公共配电网（电压为10kV、20kV、35kV），以此向配电地区的符合输送电力。同时，其自身无法储能的分布式光伏发电系统也可以通过在中压和低压线路接入的方式向用电用户输送电力。如果输送的电力大于所需的电力，分布式光伏发电系统则会以公共连接点为路径将过量的电力输送到公共配电网。而在其输送的电力小于配电地区所需的电力的情况下，公共电网则需要向符合输送电力，因此在脱网的情况下，这种输电模式无法运行。在现阶段，此类输电模式被广泛应用在建筑光伏系统中。除此之外，还有一种光伏发电系统，即带储能的分布式光伏发电系统。因为自身可以储备能量，所以在脱网的情况下也能够进行输电，主要在低压用户侧并网。

1.2分布式光伏发电技术的优势

分布式光伏发电系统利用新能源实现发电，具有明显的优势，具体表现为以下几方面：容易操作，能够较快启动和终止运行，自动化程度较高；装配费用低；建设的工期比较短；对环境破坏较小；良好的调峰性能；能够就地发电和输送电力，设施出现问题后依然能够输送电力，为集中供电提供保障；发电量较大，能够向指定地区输送足够的电力；考虑到系统彼此独立，因此其运行中的安全隐患比较小，能够在很大程度上降低电力输送中断的情况；运行中几乎不会产生能耗，不需要配电站的支持，能够对运行成本予以有效控制，而且在使线路耗损降低的同时确保系统稳定运行。由此可见，无论是在城乡用电模式的配置、能源结构的转型，还是自然环境的保护中，这种发电技术的应用都会起到积极的作用，除此之外还为能源安全提供保障。

2光伏发电系统优化设计分析

2.1支架高度选择限制因素分析

光伏组件最低点离地高度主要受光伏场区防洪要求、周边障碍物对组件的遮挡情况、地面植被覆盖情况、“光伏+”等因素影响，采用双面组件时还受到发电效率影响。确定光伏支架最低点离地高度时，需综合考虑并尽量兼顾安全性和经济性。根据《光伏发电站设计规范》中对光伏电站防洪等级的要求，本期工程防洪等级为Ⅱ级，防洪标准应采用50a一遇的高水位。组件最低点应高于洪水位，一般取0.5m。光伏组件布置时针对场区内架空线路、地面障碍物等进行避让，可以不考虑周边障碍物对组件遮挡的影响。本项目光伏区属典型的沙丘和沙梁地貌，地表均为杂木和荒草地，地表植被良好，少量地表裸露沙地，植被主要为沙柳、杨树、松树和沙草类。为防止植被生长对组件造成遮挡，组件最低点应高于该场地植被平均高度，一般取0.5m。

为满足农林业生产需求，组件最低点离地高度一般需1.5~2.5m，但本项目不属于上述政策性光伏项目，适当提高组件最低点离地高度，可以提高发电效率、增加发电量，但也容易造成支架和基础成本的增加，对经济性有一定的影响。

2.2电网规划

在配电网实际建设的前期，相关技术人员应该合理和精准预测负荷，需要考虑到配电网运行的安全及负荷的增长情况。考虑到分布式光伏发电系统在并网的过程中会受到诸多因素的影响，导致在对用电地区负荷预测与设计的过程中存在较大的变数，从而增加了电网网架的设计难度。根据现有的研究得知，采用分布式光伏发电系统时，配电系统负荷的增长会受到影响，从而对系统后期的设计带来干扰，不利于实现最佳的网络布置，从而导致电网设计存在缺陷。

2.3配电网电压

（1）不同时段电压的影响。在实际运行过程中，应该根据电压路径时段的不同，使多重节点在相应的负荷下进行配置。当网络架构运行时，需要设置零功率电源，在存在实际因素时，还应该综合衡量等值阻抗和节点负荷情况。在有功功率运行的情况下，当节点于光伏架构中进行，电压会下降，线路耗损则会相应上升，进而提高了系统运行的成本。由此可见，电源功率不应该设置为零。在分布式光伏发电系统并网之后，电压的减少会超出限制，从而形成有功功率运行。一方面提高了电压，另一方面也会干扰架构电压。在光伏线路的电压差值为正，电压则下降，而当其差值低于九，就会出现电压增加的现象。（2）节点配网架。如果采用传统的配电网接线模式，需要整合树干式和环网衔接方法，其运行为开式模式。这就要求发电系统在运行状态下，应该按照特定构架设定配电网，从而实现辐射状的输电形式，这种架构拥有以下特性：①在配电网构架内，将变压器变动范围设定在5%上下，从而为调节系统不同时段的负载数值。②应该构建相对独立的节点配网架构，整合相关线路和网络。

2.4分布式光伏发电的仿真模型

仿真模型有诸多解析办法，Matlab仿真模型应用到实际计算中，能够在很大程度上解决电压越限的问题。通过构建仿真模型，能够设计出集合模拟功率和储能变流的变换装置。出于光伏发电运行特性的考虑，该仿真模型拥有随机性，能够涵盖移动部分，以此使波形状态更为合理，从而为实际功率的准确计算奠定基础。

在对接入单个分布式光伏发电系统后的线路电压变化情况展开分析之后，得知并网前的线路电压会在光伏发电量上升的情况下出现先上升后下降、再上升的现象。在这种波动状态下，0.085MW的发电容量不会发生改变。当并网位置的电压趋近517V的情况下，如果电网结构不发生变化，用户可接入0.085MW的发电容量。在发电容量一致的情况下，如果并网点发生改变，电压会出现相应的波动，在末端并网时，电压会上升到最大值。除此之外，在发电容量保持不变的情况下，电压的波动范围也会随着线路参数的改变而出现变化。如果线路长度增加，导线的直径就会降低，电压则会需要增加。在光伏发电系统并网时，电压的波动范围会随着线路负荷的改变而出现变化，具体表现为当负荷上升时，电压增加的趋势会减小。在对接入多个分布式光伏发电系统后的线路电压波动情况展开分析后，在线路末端集中并网后的电压波动范围大于平均分散的并网方式，而在线路初识端并网后的电压上升幅度则较小。

结束语

影响中国目前配电网电压的主要因素是节点配网构架和不同时段的电压值，因此为了能够更加有效地对配电网电压展开控制和调节，科研人员还应该对相关影响因素展开分析，为中国光伏发电系统的应用奠定基础。

参考文献

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[2]尹淞，郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述［J］.电力技术，2009（3）：1-4，8.

[3]王斯成.迎接光伏平价消费新时代开拓自给式光伏发电大市场［J］.太阳能，2012（18）：27-30