內容簡介
《太陽能光伏並網發電係統設計與應用》以國傢最新頒布的GB50797-2012《光伏發電站設計規範》和相關設計規範為依據,全麵介紹瞭光伏發電的前期準備、太陽能輻射量計算、並網要求、係統與選型等方麵的設計規範、設計要求、設計思想、設計方法和設計內容。
《太陽能光伏並網發電係統設計與應用》以太陽能光伏並網發電係統設計中不同子係統所涉及的內容為剖析對象,詳細分析講解瞭光伏發電係統設計的前期準備、可研報告、太陽能輻射量計算、並網的技術要求、陣列係統設計、電氣係統設計、安全係統設計、設備選型等內容。最後給齣瞭小型、大型光伏並網係統設計兩個具體的工程實例。
《太陽能光伏並網發電係統設計與應用》突齣工程實踐和理論知識的應用,可以作為學習光伏發電工程設計專業知識的配套學習材料,特彆適閤剛剛從事光伏發電係統設計、施工、監理、維護管理和其他相關專業的工程技術人員閱讀,也適閤高等院校有關專業作為工程實踐教學環節的輔助參考教材
內頁插圖
目錄
第一章 光伏並網發電係統設計的前期準備
第一節 可研報告
一、研究報告
二、可研報告
三、綜閤說明
第二節 工程任務與規模
一、工程任務
二、工程規模
三、工程建設必要性
第三節 光伏電站運作流程
一、前期
二、立項
三、設計
四、建設
五、並網運行
第二章 太陽能輻射量計算
第一節 太陽能資源評估
一、太陽能
二、資源評估
第二節 太陽時
一、太陽常數
二、時間
三、太陽時
第三節 太陽角度
一、赤緯角
二、高度角
三、方位角
第四節 日照時數
一、日齣日沒時角
二、可照時數
三、日照時數
四、日照百分率
五、峰值日照時數
第五節 太陽輻射量計算
一、大氣對太陽輻射的減弱
二、大氣質量
三、大氣透明係數
四、輻射量
五、根據觀測站資料計算太陽能總輻
射量
六、光伏陣列太陽總輻射量
第三章 光伏並網的技術要求
第一節 光伏並網分類
一、按是否接入公共電網分類
二、按接入並網點分類
三、按裝機容量分類
四、按並網電壓等級分類
五、按功率方嚮分類
六、按與建築結閤分類
第二節 電能質量要求
一、電能質量
二、在綫監測要求
三、諧波
四、電壓偏差
五、電壓波動和閃變
六、電壓不平衡度
七、直流分量
第三節 功率控製和電壓調節
一、有功功率調節
二、無功電壓調節
三、運行
第四節 電網異常時的響應特性
一、電網異常響應問題
二、電壓異常的響應要求
三、頻率異常的響應特性
四、檢測
第五節 安全與保護
一、基本要求
二、過電流與短路保護
三、防孤島效應
四、逆功率保護
五、恢復並網
第六節 通用技術條件
一、防雷和接地
二、電磁兼容
三、抗乾擾要求
四、安全標識
第七節 電能計量
一、要求
二、電能錶
三、電價與計量
第八節 通信與信號
一、基本要求
二、正常運行
三、故障信息
第九節 係統測試
一、測試內容
二、測試報告
第四章 光伏並網發電陣列係統設計
第一節 站址選擇
一、整體要求
二、自然條件
三、接入電網條件
四、環境條件
五、交通
第二節 太陽能資源分析
一、整體要求
二、參考氣象站基本條件和數據采集
三、太陽輻射現場觀測站基本要求
四、太陽輻射觀測數據驗證與分析
第三節 電池組件串聯電壓匹配
一、光伏組件的溫度係數
二、組件串聯的電壓匹配
三、串聯組件與逆變器的匹配
第四節 電池組件並聯電流匹配
一、組件並聯電流與逆變器匹配
二、組件與安裝容量的匹配
三、最大串聯組串
四、光伏發電量
第五節 支架係統設計
一、支架的材質
二、支架的固定
三、荷載計算
四、支架的構造
五、防腐要求
第六節 安裝方式設計
一、設計調研
二、地麵固定式安裝
三、跟蹤式電站
四、聚光光伏係統
五、BAPV方式
六、BIPV方式
七、光伏建築集成
第七節 陣列布置
一、方位角
二、傾斜角
三、陰影長度
四、排最小間距
五、最低點距地距離
六、光伏陣列布置
第八節 站區布置
一、總體要求
二、電站站房設計
三、總平麵布置
第五章 光伏並網發電電氣係統設計
第一節 並網方式設計
一、有/無逆流方式並網
二、可/不可調度方式
三、低/高壓並網
四、單/雙級並網係統
五、接入電網點
第二節 並網逆變方式設計
一、集中式逆變器
二、集成式逆變器
三、組串型逆變器
四、帶逆變器組件(微逆變器)
第三節 並網控製與保護係統設計
一、並網要求
二、功率控製
三、電能質量
四、電網異常響應能力
五、繼電保護及自動裝置
六、通信
七、電能計量
第四節 主接綫係統設計
一、主接綫的要求
二、接綫方式
三、光伏電站主接綫設計
四、自用電係統
五、直流係統
第五節 無功補償係統設計
一、功率因數
二、補償容量計算
三、補償方式
四、無功補償設計
第六節 中性點運行方式
一、中性點不接地係統
二、中性點直接接地係統
三、中性點經消弧綫圈(電阻)接地係統
四、光伏並網中性點運行方式
第六章 光伏並網發電安全係統設計
第一節 防雷係統設計
一、雷電
二、設計標準
三、直擊雷防護
四、感應雷防護
五、電磁脈衝防護
六、電站防雷
第二節 接地設計
一、光伏接地係統設計
二、光伏建築等電位聯結
第三節 消防係統設計
一、建(構)築物火災危險性分類
二、變壓器及其他帶油電氣設備
三、建(構)築物的安全疏散和建築構造
四、消防給水、滅火設施及火災自動報警
五、消防供電及應急照明
第四節 監控係統設計
一、總體設計
二、係統功能
三、性能指標
四、工作環境條件
第五節 站區安全防護設施
一、係統組成
二、入侵報警係統設計
三、視頻監控係統
四、齣入口控製係統
五、綫纜選型
第七章 光伏並網發電係統設備選型
第一節 光伏電池
一、光伏電池
二、技術參數
三、電池種類
四、選型
第二節 光伏並網逆變器
一、功能
二、分類
三、電路
四、使用條件
五、技術參數
六、選型
第三節 匯流裝置
一、接綫盒
二、匯流箱
三、配電櫃
第四節 電纜
一、光伏直流電纜
二、交流電纜
第五節 SVG無功補償裝置
一、無功功率補償技術
二、SVG原理
三、SVG組成
第六節 升壓變壓器選擇
一、類型
二、變壓器總容量
三、非晶閤金變壓器
四、分裂變壓器
第七節 預裝式光伏逆變站
一、箱體要求
二、箱體特性
第八章 太陽能光伏並網係統工程實例
第一節 光伏並網發電係統的設計
一、光伏並網發電應考慮的問題
二、光伏電站設計
第二節 影響光伏並網發電效率的因素
一、自然因素
二、陰影問題
三、積灰
四、熱斑效應
五、設備因素
六、設計因素
七、係統效率
第三節 小型光伏並網係統設計
一、小型光伏電站
二、10kW光伏並網係統設計
第四節 大型光伏並網係統設計
一、大型光伏電站
二、10MWp光伏並網發電係統
附錄 可能的日總輻射曝輻量
參考文獻
精彩書摘
3.光伏並網對電能質量的要求
光伏電站嚮當地交流負載提供電能和嚮電網發送電能的質量,在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變等方麵應滿足國傢相關標準。
光伏電站應該在並網點裝設滿足IEC61000-4-30《電磁兼容第4-30部分試驗和測量技術電能質量》標準要求的A類電能質量在綫監測裝置。對於大型或中型光伏電站電能質量數據應能夠遠程傳送到電網企業,保證電網企業對電能質量的監控。對於小型光伏電站,電能質量數據應具備年及以上的存儲能力,必要時供電網企業調用。
二、在綫監測要求
1.監測方式
電能質量監測主要有定期巡檢、專項檢測或抽檢、在綫監測三種方式。
(1)定期巡檢主要用於需要掌握電能質量又不需要連續檢測或不具備連續在綫監測條件的場閤。如檢測居民、商業區及小工廠供電係統配電點的電能質量。根據重要程度一般一個月或一季度檢測一次。
(2)專項檢測或抽檢主要用於負荷容量變化大或有乾擾源設備接入電網,或反映電能質量齣現異常,需要對比前後變化情況的場閤,以確定電網電能質量指標的背景狀況和負荷變動與乾擾發生的實際參量,或驗證技術措施效果等。專項檢測或抽檢工作在完成預定任務後即可撤銷。
(3)在綫監測主要用於監測重要變電站或實施無人值班變電站的公共配電點或重要電力用戶配電點的電能質量。
控製指令。通過計算機網絡將監測的實時數據、曆史變化麯綫、指標越限報警信號等進行就地顯示和實現遠方監控。
3.技術要求
(1)監測設備根據安裝地點和監測要求,應具備可選擇的監測功能,包括電壓偏差、頻率偏差、三相電壓幅值相位不平衡度、負序電流、諧波、電壓波動。
(2)監測設備應具有記錄存儲功能,且監測設備的存儲記錄應至少保存15天。
(3)監測設備應具有實時數據顯示、權限管理、設置、對時、統計、自檢等功能。
(4)監測設備應具有標準通信接口,實現監測數據的實時傳輸或定時提取,並能對通信口進行靈活配置與實時監視。通信規約可參照變電站綜閤自動化設備的相關規定(確保與變電站現有微機監控係統正常通信)。
……
前言/序言
本書依據國傢最新頒布的光伏發電相關標準和設計規範來撰寫,內容涉及光伏發電係統設計的前期準備、太陽能輻射量計算、並網的技術要求、陣列係統設計、電氣係統設計、安全係統設計、設備選型和太陽能光伏並網係統工程實例。通過詳細而完整地講解光伏並網發電係統設計的各個子係統的設計細節,使讀者能夠比較全麵地瞭解光伏發電設計的內容深度、設計要求和配閤協調等問題。
本書共有八章:
第一章重點介紹光伏並網發電係統設計的前期準備工作,包括可研報告、工程任務與規模和光伏電站運作流程。便於讀者瞭解光伏並網發電工程可研報告的深度要求和運作流程。
第二章重點介紹太陽能輻射量計算,包括太陽能資源評估、太陽時、太陽角廈、日照時數、太陽輻射量計算。該部分內容是準確預估光伏並網發電係統發電量和經濟迴報的基礎。
第三章重點介紹光伏並網的技術要求,包括光伏並網分類、電能質量要求、功率控製和電壓調節、電網異常時的響應特性、安全與保護、通用技術條件、電能計量、通信與信號和係統測試。該部分內容是光伏發電並網的技術標準和技術指標。
第四章重點介紹光伏並網發電陣列係統設計,包括站址選擇、太陽能資源分析、電池組件串聯電壓匹配、電池組件並聯電流匹配、支架係統設計、安裝方式設計、陣列布置、站區布置。內容主要涉及室外光伏陣列的設計和光伏場站的布置,以確保光伏電站具有最大的發電量輸齣。
第五章重點介紹光伏並網發電電氣係統設計,包括並網方式設計、並網逆變方式設計、並網控製與保護係統設計、主接綫係統設計、無功補償係統設計、中性點運行方式。內容涉及光伏發電係統的輸配電係統的閤理配置。
第六章重點介紹光伏並網發電安全係統設計,包括防雷係統設計、接地設計、消防係統設計、監控係統設計和站區安全防護設施。該部分內容是光伏發電係統安全穩定運行的保障。
第七章重點介紹光伏並網發電係統設備選型,包括光伏電池、光伏並網逆變器、匯流裝置、電纜、SVG無功補償裝置、升壓變壓器選擇和預裝式光伏逆變站。
第八章重點介紹太陽能光伏並網係統工程實例,包括光伏並網發電係統的設計、影響光伏並網發電效率的因素,給齣包括小型、大型光伏並網係統設計兩個具體的工程實例。
本書由北京建築工程學院電氣工程與自動化係李英姿撰寫。全書在編寫過程中,參閱瞭大量的參考書籍和國傢有關規範和標準及相關的論文,將其中比較成熟的內容加以引用,並作為參考書目列於本書之後,以便讀者查閱。同時對參考書籍的原作者錶示衷心的感謝。
由於目前光伏發電技術發展迅速,而作者的認識和專業水平有限,加之時間倉促,書中難免存在不妥、疏忽或錯誤之處,敬請專傢和讀者批評指正。
作者
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綠色能源的澎湃力量:現代電網的構建與優化 —— 一部聚焦於新能源並網、智能電網前沿技術與係統集成的深度專著 本書深入探討瞭在能源結構轉型大背景下,以風能、生物質能等為代錶的非化石能源如何高效、穩定地接入現有電力基礎設施,並麵嚮未來構建適應性更強的智能電網體係。全書內容聚焦於宏觀政策引導、微觀技術攻關、係統安全運行及經濟效益評估等多個維度,旨在為能源工程、電氣工程及其自動化、可再生能源科學與工程等領域的專業人士、研究人員及高等院校師生提供一份詳實、前沿的參考指南。 --- 第一部分:新能源並網的基礎理論與標準體係 本部分首先追溯瞭全球能源發展戰略的演進,重點解析瞭電力係統對大規模間歇性電源接入所麵臨的固有挑戰,如慣量支撐的缺失、電壓頻率控製的復雜性、以及電能質量的動態波動。 1.1 電力係統對新能源的接納極限與評估方法: 詳細闡述瞭評估現有輸配電網絡接納新增新能源容量的承載力分析方法。這包括基於暫態穩定、電壓穩定、功率潮流分析等多個層麵的評估模型。重點介紹瞭概率安全評估(PSA)在預測極端天氣或設備故障導緻新能源齣力波動對電網可靠性影響中的應用。深入解析瞭國際電工委員會(IEC)及各國電網標準組織(如IEEE、NREL)針對分布式電源並網接口的技術要求,涵蓋瞭功角穩定裕度、短路電流貢獻、以及故障穿越能力(LVRT/HVRT)的詳細技術指標與測試規程。 1.2 現代電力電子接口技術: 係統性地梳理瞭實現新能源(特指非光伏類)接入電網的關鍵電力電子轉換器技術。重點闡述瞭高壓直流輸電(HVDC)在遠距離、大容量新能源基地輸送中的拓撲結構(如LCC-HVDC與MMC-HVDC的比較),及其在保持係統穩定中的作用。對於風電並網,詳述瞭多電平變流器、串聯諧振變流器在降低諧波汙染、提高動態響應速度方麵的最新進展。分析瞭並網變流器控製係統的設計哲學,包括解耦控製、虛擬同步發電機(VSG)技術,後者如何模仿傳統同步發電機的慣量和阻尼特性,以增強電網的慣量支撐。 1.3 繼電保護與電能質量: 探討瞭傳統繼電保護係統在麵對高滲透率新能源時麵臨的“信息缺失”和“選擇性下降”問題。詳細介紹瞭基於同步相量測量單元(PMU)的先進保護方案,如基於大數據分析的故障識彆與定位技術。在電能質量方麵,深入分析瞭間歇性齣力導緻的次諧波、高頻諧波注入問題,並介紹瞭有源電力濾波器(APF)、動態電壓調節器(DVR)等動態補償裝置的優化配置與控製策略,確保接入點處的電壓偏差和閃變水平符閤國傢標準。 --- 第二部分:智能電網架構與係統優化集成 本部分將視角從單個新能源接入點擴展至整個電力係統的優化調度與運行控製,探討如何構建一個更加靈活、自愈閤的智能電網。 2.1 區域能源互聯網(REI)與微電網的構建: 深入解析瞭微電網在提升局部供電可靠性、實現能源自給自足中的核心地位。詳細介紹瞭微電網的運行模式切換機製(並網/孤島模式的平滑過渡)。針對多能源耦閤的區域能源係統,提齣瞭熱電聯産(CHP)、儲能係統(ESS)與可控負荷的協同優化調度模型。特彆關注瞭先進的能源管理係統(EMS)在應對多目標(成本最小化、環境效益最大化、可靠性保障)優化問題時的數學規劃方法,如混閤整數綫性規劃(MILP)。 2.2 柔性直流電網(DC Grid)的潛力與挑戰: 闡述瞭在配電網和局域電網中應用直流供電係統的技術優勢,如簡化變流過程、減少能量損耗。重點分析瞭多端直流輸電係統(MTDC)的控製架構,包括如何實現直流潮流的靈活分配與故障隔離。討論瞭直流係統中的斷路器技術(如基於IGBT的直流斷路器)在快速清除故障電流方麵的重要性及其工程化挑戰。 2.3 高級量測與網絡安全: 詳細介紹瞭基於PMU的廣域測量係統(WAMS)在提供高精度、同步化電網快照方麵的應用。探討瞭如何利用這些海量數據進行在綫狀態估計、實時功角監測,以及早期預警係統的構建。鑒於智能電網對信息技術的深度依賴,本書用專門章節討論瞭針對SCADA係統、RTU設備以及通信網絡的網絡安全威脅模型(如DDoS攻擊、數據篡改),並提齣瞭縱深防禦體係的構建原則。 --- 第三部分:儲能技術與調峰優化 儲能是解決新能源不確定性的核心手段。本部分專注於各類儲能技術在電網中的應用、經濟性分析及並網控製。 3.1 規模化儲能係統的技術選型與集成: 全麵評估瞭電化學儲能(鋰離子電池、液流電池)、壓縮空氣儲能(CAES)、飛輪儲能等主流儲能技術在不同應用場景下的優劣。重點分析瞭電池管理係統(BMS)的關鍵技術,如熱失控預防、荷電狀態(SOC)和健康狀態(SOH)的精確估算,這些直接關係到儲能電站的安全運行壽命。 3.2 儲能的電網輔助服務與容量市場: 闡述瞭儲能係統如何通過提供調頻、備用、電壓支持等輔助服務參與電力市場。建立瞭儲能係統參與輔助服務的優化調度模型,考慮瞭充放電過程的效率損失和電池壽命衰減成本,以準確評估其邊際效益。探討瞭麵嚮未來電力市場的容量市場機製設計,以及如何通過閤理的經濟激勵引導儲能資源的閤理部署。 3.3 需求側響應(DR)與負荷控製: 分析瞭需求側響應作為一種“虛擬電廠”的潛力。詳細介紹瞭激勵型和基於價格型的DR策略,特彆是針對工業負荷、商業空調負荷的自動化可控技術。結閤機器學習算法,構建瞭負荷預測模型,以提高DR參與的精準度和響應速度,從而有效填補新能源發電的短期缺口。 --- 第四部分:經濟性分析與政策導嚮 本部分從宏觀角度審視新能源並網對電力行業帶來的深刻變革,包括成本結構、投資迴報及政策影響。 4.1 新能源並網的經濟性評估模型: 構建瞭考慮外部性成本(如碳排放權交易成本、空氣汙染治理成本)的全麵電力係統經濟性評估框架。重點分析瞭“平準化度電成本”(LCOE)在不同區域資源稟賦下的變化規律,並引入瞭“係統平準化度電成本”(LCOS),將電網消納成本、儲能成本等係統性投入納入考量。 4.2 電力市場改革與接入機製: 分析瞭不同電力市場結構(集中式競價、雙邊協商)對新能源消納的影響。探討瞭“優先調度權”、“棄風棄光補償機製”等政策工具的有效性。對比瞭不同國傢在電網接入標準、電網容量接入定價方麵的經驗與教訓,為我國電力市場機製的進一步完善提供參考。 本書綜閤瞭電力係統分析、電力電子技術、信息通信與經濟管理等多學科知識,內容嚴謹,論述詳實,是理解和推動現代電力係統嚮高比例可再生能源轉型的重要參考資料。 --- (總字數約1550字)