4.2.3 接入容量與負荷匹配分析

　　確立了基本的并網系統(tǒng)方案后，需要對用戶并網側進行接入容量和負荷匹配分析，以驗算并網方式的安全性和可靠性，根據統(tǒng)計負荷、地域分配和發(fā)電量綜合分析，得下表：

　　表4-2 光伏系統(tǒng)并網接入容量與負荷匹配

　　說明：根據系統(tǒng)效率和運行經驗值，實際的光伏交流輸出按光伏額定容量的90% 計算。

　　由上可見用戶側低壓接入的光伏容量都不會超過預測負荷，其交流輸出按所占原變壓器容量不超過62%，正常工作下光伏所發(fā)電能將全部被負載消耗掉，這保證了整個配電系統(tǒng)的安全運行。而且能做到確保負載率較低時，盡量不出現逆流現象。

　　4.3 解決方案與創(chuàng)新特點

　　4.3.1 電能質量

　　為解決光伏電站并網的諧波問題，在2# 廠房升壓站設置一套動態(tài)有源濾波裝置，采用西班牙進口動態(tài)有源濾波器，對大小和頻率都變化的諧波進行補償，降低諧波率。

　　針對光伏電站出力瞬時變化性大而引起電壓波動問題，本項目創(chuàng)造性地引用削峰填谷的智能微電網系統(tǒng)，通過控制蓄電池儲能系統(tǒng)的充放電調整節(jié)點能量變化波動，從而穩(wěn)定其向外輸出特性。詳情請見第五章。

　　4.3.2 可調度性

　　對于10KV 并網電力上網的光伏系統(tǒng)，建立強大的監(jiān)控系統(tǒng)和綜合自動化系統(tǒng)，不僅配置常規(guī)的光伏電站監(jiān)測信息量，發(fā)電量信息均通過光纖傳送至電網上一級變電站。為更好地響應上級變電站的調度指令，本系統(tǒng)通過先進的監(jiān)控技術控制每臺逆變器的功率輸出，調節(jié)其有功大小，從而實現自動控制有功輸出功能，而光伏電站常規(guī)的控制方式是在每個逆變器回路設置接觸器，通過二次系統(tǒng)控制其開斷，這種方式的啟停往往對逆變器損害較大，且不能實現單臺逆變器的平滑調節(jié)，因此新型監(jiān)控方式的應用才真正實現光伏電站的可調度性，繼而解決電站對電網運營的不良影響。

　　4.3.3 逆功率控制系統(tǒng)

　　對于用戶側低壓并網系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全是非常重要的，因此本工程設置了逆功率保護系統(tǒng)。本工程1，3，4，5# 廠房均為低壓并網，在每個并網點均設置萬能框架式斷路器，斷路器可通過監(jiān)控系統(tǒng)控制其關斷，另在變壓器二次側低壓出線關口設置逆功率檢測裝置，當一旦檢測到光伏發(fā)電大于負載用電時，監(jiān)控系統(tǒng)立即切斷并網回路停止發(fā)電（或將低壓并網部分切換至升壓系統(tǒng)），以保證電網和變壓器的安全運行。

　　4.3.4 兩種運行模式

　　對于工業(yè)園區(qū)不同生產時段實現不同的運行模式，以達到最大的經濟效益。

　　由上章分析可知本工程采取用戶側低壓并網和升壓賣電的綜合并網方式，且低壓部分設置逆功率保護裝置，為充分利用太陽能資源，當用戶側并網部分出現剩余電力時，我們設計自動切換的模式將其轉至升壓模式。

　　對于2# 廠房升壓并網系統(tǒng)，當園區(qū)用電量小時，應盡可能多的將電力送上網；當園區(qū)用電量大時，上網賣電價格比自身用電貴，應盡可能多地將電力并網低壓網絡，在綜合考慮線路和設備投資成本情況下，本工程在2# 廠房升壓站設計250KW 光伏子系統(tǒng)雙電源自動切換柜，當廠區(qū)用電量大時，子系統(tǒng)在并在低壓電網，供2，4# 廠房設備供電（自用電比賣電貴）；當廠區(qū)用電量小時，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 電網上賣電產生收益（比停止發(fā)電效益好）。

　　不同模式的切換使得電站系統(tǒng)能運行在最經濟狀態(tài)，實現收益最大化。

　　4.3.5 無線監(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，每個區(qū)域由若干逆變器及開關柜組成，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)是將所有逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀、逆功率檢測裝置等通過485 通訊電纜連接起來送一至監(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 有線傳輸一般為1200m），為解決上述兩大問題，本工程設置珠海興業(yè)自主研發(fā)的無線通訊監(jiān)控系統(tǒng)。在每個發(fā)電區(qū)域配置一個光伏無線發(fā)射器，通過485 通訊搜集逆變器和各類傳感器數據，空中發(fā)送至監(jiān)控中心的接收器，同時接受監(jiān)控中心指令，執(zhí)行相應的動作，實現光伏系統(tǒng)的無線監(jiān)控。

　　5. 智能微電網的必然選擇

　　通過第三章3.3 條可知，光伏電站等分布式新能源發(fā)電并網存在并網電能質量低、可調度性差以及安全性能低等重大缺陷。

　　為解決上述問題，由中國興業(yè)太陽能技術控股有限公司研發(fā)了智能微電網系統(tǒng)。它以交流母線為基礎，由光伏發(fā)電子系統(tǒng)、儲能子系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、光纖通信、各類智能開關儀表及負荷組成，智能微電網與大電網通過可控開關連接，每個光伏子系統(tǒng)并網點設置相應容量的蓄電池儲能系統(tǒng)，通過雙向逆變器與母線聯(lián)接，各類儀表傳感器檢測電網、發(fā)電單元和負載運行數據，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)控中心控制整個微電網的運行狀態(tài)。由其原理圖如下：

　　圖5-1 智能微電網系統(tǒng)原理圖

　　智能微電網的應用，能成功解決光伏電站并網的如下問題：

　?、?解決了光伏發(fā)電不穩(wěn)定性。微電網自帶的儲能系統(tǒng)能緩沖光伏發(fā)電因天氣原因引起的出力變化，當光伏發(fā)電功率快速上升時，蓄電池系統(tǒng)拼命“吸入”能量，當光伏發(fā)電功率快速下降時，蓄電池系統(tǒng)立即“釋放”能量，以阻止光伏發(fā)電功率變化過快，解決光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性。

　?、?改善了光伏電站并網的電能質量。微電網能控制蓄電池和雙向逆變器單元，調節(jié)其向負載及網絡提供的無功及有功功率，通過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)問題，從而達到穩(wěn)定電壓水平，提高電能質量目的。

　?、?提高系統(tǒng)帶負載能力，減輕大電網的壓力。微電網系統(tǒng)還能根據負載需要調節(jié)儲能單元充放電，吸收尖峰負荷、減少電力驅動系統(tǒng)對電網的負面影響。同時，智能微電網系統(tǒng)設置智能繼電保護裝置，系統(tǒng)內的各類保護裝置參數可由監(jiān)控中心調整與修改，從而減小分布電源接入對電網的故障特性的負面影響，并可通過光纖與上級電網通信，調節(jié)有功與無功輸出，實現光伏電站的可調度性。

　　由上可以預見，最終，智能微電網是大型光伏屋頂電站并網接入的必然選擇。

　　6. 結語

　　大型光伏屋頂電站是光伏發(fā)電應用成功的典范，它對中國工業(yè)園和光伏業(yè)的發(fā)展都具有積極的推動作用，具有良好的節(jié)能減排示范效益。本文就如題內容結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計難點，特別是并網設計及對電網帶來的影響問題，再以湖南九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂及智能微電網項目工程為例，展述其設計思想與過程，總結方案的創(chuàng)新特點，最后介紹新型智能微電網與大型電站結合應用的優(yōu)勢希望能給今后中國大規(guī)模光伏屋頂電站的應用給予一定的指導與參考作用，體現國家金太陽項目良好的示范意義。