内容简介
《太阳能光伏并网发电系统设计与应用》以国家最新颁布的GB50797-2012《光伏发电站设计规范》和相关设计规范为依据,全面介绍了光伏发电的前期准备、太阳能辐射量计算、并网要求、系统与选型等方面的设计规范、设计要求、设计思想、设计方法和设计内容。
《太阳能光伏并网发电系统设计与应用》以太阳能光伏并网发电系统设计中不同子系统所涉及的内容为剖析对象,详细分析讲解了光伏发电系统设计的前期准备、可研报告、太阳能辐射量计算、并网的技术要求、阵列系统设计、电气系统设计、安全系统设计、设备选型等内容。最后给出了小型、大型光伏并网系统设计两个具体的工程实例。
《太阳能光伏并网发电系统设计与应用》突出工程实践和理论知识的应用,可以作为学习光伏发电工程设计专业知识的配套学习材料,特别适合刚刚从事光伏发电系统设计、施工、监理、维护管理和其他相关专业的工程技术人员阅读,也适合高等院校有关专业作为工程实践教学环节的辅助参考教材
内页插图
目录
第一章 光伏并网发电系统设计的前期准备
第一节 可研报告
一、研究报告
二、可研报告
三、综合说明
第二节 工程任务与规模
一、工程任务
二、工程规模
三、工程建设必要性
第三节 光伏电站运作流程
一、前期
二、立项
三、设计
四、建设
五、并网运行
第二章 太阳能辐射量计算
第一节 太阳能资源评估
一、太阳能
二、资源评估
第二节 太阳时
一、太阳常数
二、时间
三、太阳时
第三节 太阳角度
一、赤纬角
二、高度角
三、方位角
第四节 日照时数
一、日出日没时角
二、可照时数
三、日照时数
四、日照百分率
五、峰值日照时数
第五节 太阳辐射量计算
一、大气对太阳辐射的减弱
二、大气质量
三、大气透明系数
四、辐射量
五、根据观测站资料计算太阳能总辐
射量
六、光伏阵列太阳总辐射量
第三章 光伏并网的技术要求
第一节 光伏并网分类
一、按是否接入公共电网分类
二、按接入并网点分类
三、按装机容量分类
四、按并网电压等级分类
五、按功率方向分类
六、按与建筑结合分类
第二节 电能质量要求
一、电能质量
二、在线监测要求
三、谐波
四、电压偏差
五、电压波动和闪变
六、电压不平衡度
七、直流分量
第三节 功率控制和电压调节
一、有功功率调节
二、无功电压调节
三、运行
第四节 电网异常时的响应特性
一、电网异常响应问题
二、电压异常的响应要求
三、频率异常的响应特性
四、检测
第五节 安全与保护
一、基本要求
二、过电流与短路保护
三、防孤岛效应
四、逆功率保护
五、恢复并网
第六节 通用技术条件
一、防雷和接地
二、电磁兼容
三、抗干扰要求
四、安全标识
第七节 电能计量
一、要求
二、电能表
三、电价与计量
第八节 通信与信号
一、基本要求
二、正常运行
三、故障信息
第九节 系统测试
一、测试内容
二、测试报告
第四章 光伏并网发电阵列系统设计
第一节 站址选择
一、整体要求
二、自然条件
三、接入电网条件
四、环境条件
五、交通
第二节 太阳能资源分析
一、整体要求
二、参考气象站基本条件和数据采集
三、太阳辐射现场观测站基本要求
四、太阳辐射观测数据验证与分析
第三节 电池组件串联电压匹配
一、光伏组件的温度系数
二、组件串联的电压匹配
三、串联组件与逆变器的匹配
第四节 电池组件并联电流匹配
一、组件并联电流与逆变器匹配
二、组件与安装容量的匹配
三、最大串联组串
四、光伏发电量
第五节 支架系统设计
一、支架的材质
二、支架的固定
三、荷载计算
四、支架的构造
五、防腐要求
第六节 安装方式设计
一、设计调研
二、地面固定式安装
三、跟踪式电站
四、聚光光伏系统
五、BAPV方式
六、BIPV方式
七、光伏建筑集成
第七节 阵列布置
一、方位角
二、倾斜角
三、阴影长度
四、排最小间距
五、最低点距地距离
六、光伏阵列布置
第八节 站区布置
一、总体要求
二、电站站房设计
三、总平面布置
第五章 光伏并网发电电气系统设计
第一节 并网方式设计
一、有/无逆流方式并网
二、可/不可调度方式
三、低/高压并网
四、单/双级并网系统
五、接入电网点
第二节 并网逆变方式设计
一、集中式逆变器
二、集成式逆变器
三、组串型逆变器
四、带逆变器组件(微逆变器)
第三节 并网控制与保护系统设计
一、并网要求
二、功率控制
三、电能质量
四、电网异常响应能力
五、继电保护及自动装置
六、通信
七、电能计量
第四节 主接线系统设计
一、主接线的要求
二、接线方式
三、光伏电站主接线设计
四、自用电系统
五、直流系统
第五节 无功补偿系统设计
一、功率因数
二、补偿容量计算
三、补偿方式
四、无功补偿设计
第六节 中性点运行方式
一、中性点不接地系统
二、中性点直接接地系统
三、中性点经消弧线圈(电阻)接地系统
四、光伏并网中性点运行方式
第六章 光伏并网发电安全系统设计
第一节 防雷系统设计
一、雷电
二、设计标准
三、直击雷防护
四、感应雷防护
五、电磁脉冲防护
六、电站防雷
第二节 接地设计
一、光伏接地系统设计
二、光伏建筑等电位联结
第三节 消防系统设计
一、建(构)筑物火灾危险性分类
二、变压器及其他带油电气设备
三、建(构)筑物的安全疏散和建筑构造
四、消防给水、灭火设施及火灾自动报警
五、消防供电及应急照明
第四节 监控系统设计
一、总体设计
二、系统功能
三、性能指标
四、工作环境条件
第五节 站区安全防护设施
一、系统组成
二、入侵报警系统设计
三、视频监控系统
四、出入口控制系统
五、线缆选型
第七章 光伏并网发电系统设备选型
第一节 光伏电池
一、光伏电池
二、技术参数
三、电池种类
四、选型
第二节 光伏并网逆变器
一、功能
二、分类
三、电路
四、使用条件
五、技术参数
六、选型
第三节 汇流装置
一、接线盒
二、汇流箱
三、配电柜
第四节 电缆
一、光伏直流电缆
二、交流电缆
第五节 SVG无功补偿装置
一、无功功率补偿技术
二、SVG原理
三、SVG组成
第六节 升压变压器选择
一、类型
二、变压器总容量
三、非晶合金变压器
四、分裂变压器
第七节 预装式光伏逆变站
一、箱体要求
二、箱体特性
第八章 太阳能光伏并网系统工程实例
第一节 光伏并网发电系统的设计
一、光伏并网发电应考虑的问题
二、光伏电站设计
第二节 影响光伏并网发电效率的因素
一、自然因素
二、阴影问题
三、积灰
四、热斑效应
五、设备因素
六、设计因素
七、系统效率
第三节 小型光伏并网系统设计
一、小型光伏电站
二、10kW光伏并网系统设计
第四节 大型光伏并网系统设计
一、大型光伏电站
二、10MWp光伏并网发电系统
附录 可能的日总辐射曝辐量
参考文献
精彩书摘
3.光伏并网对电能质量的要求
光伏电站向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量,在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。
光伏电站应该在并网点装设满足IEC61000-4-30《电磁兼容第4-30部分试验和测量技术电能质量》标准要求的A类电能质量在线监测装置。对于大型或中型光伏电站电能质量数据应能够远程传送到电网企业,保证电网企业对电能质量的监控。对于小型光伏电站,电能质量数据应具备年及以上的存储能力,必要时供电网企业调用。
二、在线监测要求
1.监测方式
电能质量监测主要有定期巡检、专项检测或抽检、在线监测三种方式。
(1)定期巡检主要用于需要掌握电能质量又不需要连续检测或不具备连续在线监测条件的场合。如检测居民、商业区及小工厂供电系统配电点的电能质量。根据重要程度一般一个月或一季度检测一次。
(2)专项检测或抽检主要用于负荷容量变化大或有干扰源设备接入电网,或反映电能质量出现异常,需要对比前后变化情况的场合,以确定电网电能质量指标的背景状况和负荷变动与干扰发生的实际参量,或验证技术措施效果等。专项检测或抽检工作在完成预定任务后即可撤销。
(3)在线监测主要用于监测重要变电站或实施无人值班变电站的公共配电点或重要电力用户配电点的电能质量。
控制指令。通过计算机网络将监测的实时数据、历史变化曲线、指标越限报警信号等进行就地显示和实现远方监控。
3.技术要求
(1)监测设备根据安装地点和监测要求,应具备可选择的监测功能,包括电压偏差、频率偏差、三相电压幅值相位不平衡度、负序电流、谐波、电压波动。
(2)监测设备应具有记录存储功能,且监测设备的存储记录应至少保存15天。
(3)监测设备应具有实时数据显示、权限管理、设置、对时、统计、自检等功能。
(4)监测设备应具有标准通信接口,实现监测数据的实时传输或定时提取,并能对通信口进行灵活配置与实时监视。通信规约可参照变电站综合自动化设备的相关规定(确保与变电站现有微机监控系统正常通信)。
……
前言/序言
本书依据国家最新颁布的光伏发电相关标准和设计规范来撰写,内容涉及光伏发电系统设计的前期准备、太阳能辐射量计算、并网的技术要求、阵列系统设计、电气系统设计、安全系统设计、设备选型和太阳能光伏并网系统工程实例。通过详细而完整地讲解光伏并网发电系统设计的各个子系统的设计细节,使读者能够比较全面地了解光伏发电设计的内容深度、设计要求和配合协调等问题。
本书共有八章:
第一章重点介绍光伏并网发电系统设计的前期准备工作,包括可研报告、工程任务与规模和光伏电站运作流程。便于读者了解光伏并网发电工程可研报告的深度要求和运作流程。
第二章重点介绍太阳能辐射量计算,包括太阳能资源评估、太阳时、太阳角厦、日照时数、太阳辐射量计算。该部分内容是准确预估光伏并网发电系统发电量和经济回报的基础。
第三章重点介绍光伏并网的技术要求,包括光伏并网分类、电能质量要求、功率控制和电压调节、电网异常时的响应特性、安全与保护、通用技术条件、电能计量、通信与信号和系统测试。该部分内容是光伏发电并网的技术标准和技术指标。
第四章重点介绍光伏并网发电阵列系统设计,包括站址选择、太阳能资源分析、电池组件串联电压匹配、电池组件并联电流匹配、支架系统设计、安装方式设计、阵列布置、站区布置。内容主要涉及室外光伏阵列的设计和光伏场站的布置,以确保光伏电站具有最大的发电量输出。
第五章重点介绍光伏并网发电电气系统设计,包括并网方式设计、并网逆变方式设计、并网控制与保护系统设计、主接线系统设计、无功补偿系统设计、中性点运行方式。内容涉及光伏发电系统的输配电系统的合理配置。
第六章重点介绍光伏并网发电安全系统设计,包括防雷系统设计、接地设计、消防系统设计、监控系统设计和站区安全防护设施。该部分内容是光伏发电系统安全稳定运行的保障。
第七章重点介绍光伏并网发电系统设备选型,包括光伏电池、光伏并网逆变器、汇流装置、电缆、SVG无功补偿装置、升压变压器选择和预装式光伏逆变站。
第八章重点介绍太阳能光伏并网系统工程实例,包括光伏并网发电系统的设计、影响光伏并网发电效率的因素,给出包括小型、大型光伏并网系统设计两个具体的工程实例。
本书由北京建筑工程学院电气工程与自动化系李英姿撰写。全书在编写过程中,参阅了大量的参考书籍和国家有关规范和标准及相关的论文,将其中比较成熟的内容加以引用,并作为参考书目列于本书之后,以便读者查阅。同时对参考书籍的原作者表示衷心的感谢。
由于目前光伏发电技术发展迅速,而作者的认识和专业水平有限,加之时间仓促,书中难免存在不妥、疏忽或错误之处,敬请专家和读者批评指正。
作者
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绿色能源的澎湃力量:现代电网的构建与优化 —— 一部聚焦于新能源并网、智能电网前沿技术与系统集成的深度专著 本书深入探讨了在能源结构转型大背景下,以风能、生物质能等为代表的非化石能源如何高效、稳定地接入现有电力基础设施,并面向未来构建适应性更强的智能电网体系。全书内容聚焦于宏观政策引导、微观技术攻关、系统安全运行及经济效益评估等多个维度,旨在为能源工程、电气工程及其自动化、可再生能源科学与工程等领域的专业人士、研究人员及高等院校师生提供一份详实、前沿的参考指南。 --- 第一部分:新能源并网的基础理论与标准体系 本部分首先追溯了全球能源发展战略的演进,重点解析了电力系统对大规模间歇性电源接入所面临的固有挑战,如惯量支撑的缺失、电压频率控制的复杂性、以及电能质量的动态波动。 1.1 电力系统对新能源的接纳极限与评估方法: 详细阐述了评估现有输配电网络接纳新增新能源容量的承载力分析方法。这包括基于暂态稳定、电压稳定、功率潮流分析等多个层面的评估模型。重点介绍了概率安全评估(PSA)在预测极端天气或设备故障导致新能源出力波动对电网可靠性影响中的应用。深入解析了国际电工委员会(IEC)及各国电网标准组织(如IEEE、NREL)针对分布式电源并网接口的技术要求,涵盖了功角稳定裕度、短路电流贡献、以及故障穿越能力(LVRT/HVRT)的详细技术指标与测试规程。 1.2 现代电力电子接口技术: 系统性地梳理了实现新能源(特指非光伏类)接入电网的关键电力电子转换器技术。重点阐述了高压直流输电(HVDC)在远距离、大容量新能源基地输送中的拓扑结构(如LCC-HVDC与MMC-HVDC的比较),及其在保持系统稳定中的作用。对于风电并网,详述了多电平变流器、串联谐振变流器在降低谐波污染、提高动态响应速度方面的最新进展。分析了并网变流器控制系统的设计哲学,包括解耦控制、虚拟同步发电机(VSG)技术,后者如何模仿传统同步发电机的惯量和阻尼特性,以增强电网的惯量支撑。 1.3 继电保护与电能质量: 探讨了传统继电保护系统在面对高渗透率新能源时面临的“信息缺失”和“选择性下降”问题。详细介绍了基于同步相量测量单元(PMU)的先进保护方案,如基于大数据分析的故障识别与定位技术。在电能质量方面,深入分析了间歇性出力导致的次谐波、高频谐波注入问题,并介绍了有源电力滤波器(APF)、动态电压调节器(DVR)等动态补偿装置的优化配置与控制策略,确保接入点处的电压偏差和闪变水平符合国家标准。 --- 第二部分:智能电网架构与系统优化集成 本部分将视角从单个新能源接入点扩展至整个电力系统的优化调度与运行控制,探讨如何构建一个更加灵活、自愈合的智能电网。 2.1 区域能源互联网(REI)与微电网的构建: 深入解析了微电网在提升局部供电可靠性、实现能源自给自足中的核心地位。详细介绍了微电网的运行模式切换机制(并网/孤岛模式的平滑过渡)。针对多能源耦合的区域能源系统,提出了热电联产(CHP)、储能系统(ESS)与可控负荷的协同优化调度模型。特别关注了先进的能源管理系统(EMS)在应对多目标(成本最小化、环境效益最大化、可靠性保障)优化问题时的数学规划方法,如混合整数线性规划(MILP)。 2.2 柔性直流电网(DC Grid)的潜力与挑战: 阐述了在配电网和局域电网中应用直流供电系统的技术优势,如简化变流过程、减少能量损耗。重点分析了多端直流输电系统(MTDC)的控制架构,包括如何实现直流潮流的灵活分配与故障隔离。讨论了直流系统中的断路器技术(如基于IGBT的直流断路器)在快速清除故障电流方面的重要性及其工程化挑战。 2.3 高级量测与网络安全: 详细介绍了基于PMU的广域测量系统(WAMS)在提供高精度、同步化电网快照方面的应用。探讨了如何利用这些海量数据进行在线状态估计、实时功角监测,以及早期预警系统的构建。鉴于智能电网对信息技术的深度依赖,本书用专门章节讨论了针对SCADA系统、RTU设备以及通信网络的网络安全威胁模型(如DDoS攻击、数据篡改),并提出了纵深防御体系的构建原则。 --- 第三部分:储能技术与调峰优化 储能是解决新能源不确定性的核心手段。本部分专注于各类储能技术在电网中的应用、经济性分析及并网控制。 3.1 规模化储能系统的技术选型与集成: 全面评估了电化学储能(锂离子电池、液流电池)、压缩空气储能(CAES)、飞轮储能等主流储能技术在不同应用场景下的优劣。重点分析了电池管理系统(BMS)的关键技术,如热失控预防、荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的精确估算,这些直接关系到储能电站的安全运行寿命。 3.2 储能的电网辅助服务与容量市场: 阐述了储能系统如何通过提供调频、备用、电压支持等辅助服务参与电力市场。建立了储能系统参与辅助服务的优化调度模型,考虑了充放电过程的效率损失和电池寿命衰减成本,以准确评估其边际效益。探讨了面向未来电力市场的容量市场机制设计,以及如何通过合理的经济激励引导储能资源的合理部署。 3.3 需求侧响应(DR)与负荷控制: 分析了需求侧响应作为一种“虚拟电厂”的潜力。详细介绍了激励型和基于价格型的DR策略,特别是针对工业负荷、商业空调负荷的自动化可控技术。结合机器学习算法,构建了负荷预测模型,以提高DR参与的精准度和响应速度,从而有效填补新能源发电的短期缺口。 --- 第四部分:经济性分析与政策导向 本部分从宏观角度审视新能源并网对电力行业带来的深刻变革,包括成本结构、投资回报及政策影响。 4.1 新能源并网的经济性评估模型: 构建了考虑外部性成本(如碳排放权交易成本、空气污染治理成本)的全面电力系统经济性评估框架。重点分析了“平准化度电成本”(LCOE)在不同区域资源禀赋下的变化规律,并引入了“系统平准化度电成本”(LCOS),将电网消纳成本、储能成本等系统性投入纳入考量。 4.2 电力市场改革与接入机制: 分析了不同电力市场结构(集中式竞价、双边协商)对新能源消纳的影响。探讨了“优先调度权”、“弃风弃光补偿机制”等政策工具的有效性。对比了不同国家在电网接入标准、电网容量接入定价方面的经验与教训,为我国电力市场机制的进一步完善提供参考。 本书综合了电力系统分析、电力电子技术、信息通信与经济管理等多学科知识,内容严谨,论述详实,是理解和推动现代电力系统向高比例可再生能源转型的重要参考资料。 --- (总字数约1550字)