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1、高校建筑光伏系統的并網設計方案1.1并網優勢并網光伏發電系統通過逆變器將光伏電池組件所發的直 流電逆變成與電網相同頻率和電壓的交流電，以電壓源或電 流源的方式送入電力系統。由于并網光伏系統直接將電能輸 入電網，并網系統并不需要蓄電池等儲能設備，減少了蓄電 池的投資與損耗，也間接地減少了處理廢舊蓄電池產生的污 染，降低了系統運行本錢，是當前光伏電力的主要形式，具 有較高的經濟性與環保性。下表3.1為并網、離網、混合光 伏供電系統在本錢、維護、負載匹配及污染程度等方面的對 比分析。表3.1光伏并網系統比照分析并網光伏系離網光伏系混合供電系統中在夜間等特點，整個校區用電負荷處于低谷，接入變電所 的光2、伏發電都有可能會出現電能返回供電電網(逆流)的情況 發生，這種情況對供電局來說是絕對不允許的。因此，必須 采取措施杜絕供電電網逆流發生。解決方法有三種方法：(1)采用防逆流裝置可按照全校光伏發電裝機容量，適當考慮采用防逆流裝 置，會增加投資額度，防逆流裝置的控制電纜需從各變電所 敷設至每臺逆變器，電纜敷設要穿越多處道路，破壞原有路 面且施工難度非常大。由于逆流的產生只是在學校假期出 現，學生在校期間防逆流裝置基本不參與控制，投資利用率 非常低。(2)能源互聯網綜合管理系統防止逆流學生在校期間各變電所平均用電負荷均較大，基本不會出現逆流現象，為防止一旦出現逆流供電局采取制裁，學校 可采取安裝能源3、互聯網綜合管理系統，系統智能提供逆變器 運行臺數。在學校寒暑假期間，可采系統根據實際所需功率 自動調節逆變器臺數，保證不發生逆流現象。雖然系統使用 了此方式，但寒、暑假期會出現大量的能源被浪費的現象， 光伏電力并未得到合理利用。(3)采用合理的儲能系統。儲能技術是指將電能通過特定裝置轉化成其他形式的能 量儲存起來，需要時將儲能轉化為電力的形式，通常采用以 下兩種技術：一、高效的大容量儲能技術；二、高效的能量 轉化技術。但當前由于材料所具有的特性并未到達實際使用 要求，假設使用得到的最好的介質材料(云母)，儲存1KW的 能量需要3.4立方米的電容器組，如果將這個能量儲存在油 紙中，那么需要面積將4、達100立方米，且循環壽命短、污染環 境，因此在大規模的光伏電站中依然并未使用。相反，機械 儲能（如電池蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能），因使用周期 長、操作簡單、運行穩定，雖機組的單元效率不是很高，但 在局部地區的電力調峰中使用較為廣泛。同樣電鍋爐蓄熱在 北方地區可以局部替代燃煤取暖的能量也具有一定的開展 空間。根據實際用能情況分析可知，上海交通大學利用光伏 電力夏季進行電池蓄能、冬季空調采暖是可取的方案。暑假期間電池蓄能電池儲能電站利用將電力負荷低谷時的電能充電，在電 力負荷高峰期再釋放出電池里的能量。它不僅能將電網負荷 低谷時的未用余電，轉化為電網負荷高峰時的高價值電能， 還能對電網起到調5、頻、調壓、穩定系統周波、減少光伏電站 并網運行對電網的沖擊、提高電網運行的平安性的作用，是 電力系統中使用周期長、容量可做大、技術最為成熟、經濟 性較低的儲能方式，蓄電池儲能電站儲存能量的釋放時間可 以從幾小時到幾天，綜合效率為80%88%之間，它是當今 社會電力系統中較多采用的電力儲能形式。故建造小型電池蓄能電站是校園光伏發電工程在暑假期 間提高能源利用率、較少電力浪費的較好途徑。開發小型電 池蓄能電站實施的可能性具體表現在以下幾個方面：(1)具有充足的變壓器容量保證變壓器充電容量作為電池蓄能電站運行的前提和基礎， 通常在電站的選址過程中，宜選擇變壓器剩余容量較大的變 電站，假設不能滿足系統6、正常運行的需求，由于學校建設過程 中選擇的變壓器容量通常會有較大閾量，故在學校中建設蓄 能電站的接入點相對容易。(2)具有合適的地形條件電池蓄能電站需要設置一定的空間場地。一般可以用變 電站周邊的剩余場地進行建設。目前市面上的電池蓄能電站，每兆瓦的建設面積為400行。小型電池蓄能電站將白天 光伏發電超出的功率存到蓄電池，夜間當光伏電站不發電， 而校園中需要電力供應的時候再發出電力，然后通過變壓器 升壓輸入到配電網中，供負載使用。電站可選址在靠近電網 負荷附近中心的教學區和學生生活區之間，能夠方便電能的 傳送；同時電站周圍具有較好的交通條件，方便施工任務的 展開和后期的系統維護。統統初始本錢最低7、高高運行本錢低高高備用電池（蓄電池）無有有維護幾乎免維護需要維護維護較多負載匹配較好差較好噪聲無無有污染無有有1.2并網影響光伏發電具有隨機性、間歇性和明顯周期性的特點，目 前還不能準確預測，不能參與電力平衡進入發電計劃安排。光伏發電的電力消納須按可再生能源法的要求，并網后 由電網公司全額收購。盡管光伏電站在建立前期就對上網電 力進行分配，但由于光伏發電具有間歇性、隨機性和周期性 的特征不會完全消失，因此不可防止的對配電網的平安性帶 來一定的影響，如電能質量、電力規劃、電力調度等變得更 為復雜和較難控制。目前來看，盡管關于做好分布式光伏 發電并網服務工作的意見(暫行)已經公布執行，但電力 主管8、部門對其產生排斥，光伏電力上網仍障礙重重。光伏并 網發電對電網影響主要包括以下幾個方面：1.2.1 對電能質量的影響(1)對電壓的影響光伏電站電力上網，是在不改變電網電壓的前提下，將電流匯入到配電網中，匯入的電流小于負載需求時，是不會 對電網產生影響；反之當匯入的電流大于負載要求時，那么會 給電網電壓帶來影響，對負載設備帶來不平安因數。因此在 對并網系統進行設計時，就需要將光伏電站的電壓控制在電 網正常電壓的88%100%內，如當光伏電站為小于10KW小 型系統時，它的電壓范圍就應該控制在212V-264V,電網跳 閘現象那么可最大限度的減少；而對于不能直接并入到380V 低壓配電線路的中型和9、大型光伏系統而言，一般會先將產生 的電能通過升壓變電器，提升為中、高壓然后在接入當地電 網。（2）孤島效應所謂的孤島效應就是光伏并網發電系統在并未檢測到配 電電網因發生故障或者因需要維修而停電時，依然叫配電網 中的負載供電，形成了一個電力主管部門無法控制的供電孤 島現象。圖4.2發生孤島效應時的供電狀況1.2.2 對配電網的影響(1)繼電保護由于現有的電網繼電保護裝置并未隨著光伏電站的投入 使用，而大規模改動，因此當既有的繼電保護裝置與并聯的 電網分支元件發生故障時，就會使繼電器產生誤判，切斷連 接，失去電源。此外繼電器的繼電保護區也會隨著光伏發電 系統功率的加入而產生縮小現象，而使正常工作收10、到影響。(2)供電可靠性并網光伏電站能依靠其獨立的發電系統，能夠在一定程 度上提高配電系統供電的可靠性，但這并不代表有了光伏就 有了穩定的電力供應。如當在太陽照度較低的陰天，需要電 力的負載因電網的停電和光伏電站的無法工作而被迫停工 的現象。同樣當光伏并網發電系統地點選取不正確、與電網 連接的方式不可取時、配置的容量不恰當時，都會阻礙電網 可靠穩定的運行。(3)電能計量光伏并網發電系統將電能注入到電網中，會進行計量。 但傳統的電表計量模式還只是單向潮流統計，局部業主為方 便計量直接另加電表，但這既增加了系統投資本錢，又給業 主使用帶來不便。(4)孤島現象孤島現象可能使電力維修人員產生誤判，而造11、成觸電身 亡的后果；也可因電網供電恢復時，光伏電網與供電電網之 間存在的電壓差，瞬間產生了強大的沖擊電流，對電網的設 備和負載帶來了嚴重損壞；其次當太陽能供電系統脫離原有 的配電網后，原來的單相供電模式可能造成其他配電網內出 現雙相負載不對稱的情形，影響到其他用戶的電壓質量；再 次當太陽能并網發電系統切換成孤島方式運行時，如果該供 電系統內無儲能元件或其容量太小，會使用戶負荷發生電壓 閃變。因此，對光伏并網發電系統來說，具有防止孤島效應 的功能是至關重要。1.2.3 對電網調度的影響當前我國的電場大多是燃煤的火力電站，它以對負荷的 預判而采取定額發電，但并網光伏電站加入使得負荷的預判 更加具有12、多變性和復雜性。如在光伏電站在天氣晴好、系統 穩定運行時可將所發的電力送至負載就地消耗掉負載；而在 陰天時作這局部的電力還需電網提供給負載。因此光伏電力 的加入，特別是特大型光伏電站的并網對電網系統的電力調 度的穩定運行帶來影響。1.2.4 其他影響除了上述影響之外，光伏并電發電系統在電網運行的經 濟性方面也會帶來一些負面影響。具體表現在以下方面：(1)配電網為了應對光伏發電系統極端狀況的出現一般 會配置額外的設備作為備用，而大多數時候這些設備并未參 與系統運行，而是長時間閑置，這不僅使投資本錢和后期的 維護的工作量出現增長，還會帶來供電效益的下降。其中最 明顯的例子就是配電變壓器和電纜線路在13、電網運行中出現 輕載現象。(2)為應對光伏電站電力上網的波動性，調控光伏電壓 及頻率，為此會配置一定容量的無功補償設備。但因蓄能技 術瓶頸尚末突破，導致這局部投資依然昂貴。(3)局部光伏電站的電力輸出因不能借用原有的線路，需要架設新的輸電線路，但負荷低，導致了這局部輸電線路的利用效率很低，因而顯得很不經濟。解決光伏并網系統的眾多問題和影響，需要使光伏并網 系統與常規電網的結合走上智能化的道路，這不僅是需要供 電系統的高效，穩定，更需要用電負載的智能調節和控制。 為此研究和探索適用于上海高校用能特征的光伏電力調度 方式、儲能系統和電能智能配送顯得尤為重要和突出。1.3光伏局域并網系統與常規電網的智能設計研究1.3.1 寒暑假期間光伏電力并網設計由于教育的特性，寒暑假期間電力需求相比照擬少，而 且校園光伏工程一般在校園配電網內進行并網，未與市電主 要電網相連，只是與并網的建筑內部局部區域的發電網相 連。在正常月份下，雖然光伏工程所發電力能夠完全被校園 用電負荷所消耗，但是學校在寒暑假期間，由于教學區、生 活區的主要負荷設備不需要運轉，學生生活區的大量用能集