光伏系统组成及功能实现：理解关键技术与应用

本次光伏并网发电工程安装于地铁12号线金桥停车场内运用联合库上，采用与建筑屋顶相结合的光伏建筑一体化设计方案。光伏系统并网逆变器输出电压为三相AC380 V，50 Hz，光伏系统经升压至35 kV电压等级，接入轨道交通35 kV中压侧配电网，为该线路牵引及降压变电所供电，整个系统构成示意图如图4-3所示。

图4-3　光伏并网发电构成示意图

4.2.3.1　光伏发电系统

光伏发电系统将太阳能通过光伏组件等设备转化为电能，系统由光伏组件、汇流箱、直流柜、并网逆变器及控制器、交流柜等设备组成。光伏组件选用单个功率为245 Wp的晶体硅组件，正面为3.2 mm高透钢化玻璃，背面为白色背膜封装材料EVA。为减少太阳能电池组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，在太阳能电池组件与逆变器之间增加直流汇流装置。通过太阳能电池组件串联组成若干个太阳能电池组件串列，接入光伏阵列防雷汇流箱，通过防雷器与断路器后输出，方便后级逆变器的接入。通过直流配电柜将汇流箱输出的直流电缆接入进行汇流，再接至并网逆变器。并网逆变器带有隔离变压器，使得逆变器的直流输入和交流输出之间电气隔离开来。直流侧的太阳能电池板阵列为“浮地”，正负极与地之间都没有电气连接，且逆变器在运行过程中，随时检测直流正负极的对地阻抗，从而保证逆变器直流侧的短路故障不会影响到电网。

4.2.3.2　升压并网系统

升压并网系统将经逆变器逆变后输出的低压电升压为与既有电网相同电压等级的高压电，实现并列运行，由升压变压器、并网GIS开关柜等设备组成。本项目中升压变压器选用0.4/35 kV非晶合金变压器，这是轨道交通领域内首次采用非晶合金变压器，具有低噪音、低损耗、全密封免维护、运行费用极低等显著优点，进一步提升光伏并网发电系统的环保节能效益。

4.2.3.3　监控系统

为方便对光伏系统设备工作状态的实时监控，每个光伏发电子系统均配置监控装置。监控系统主要包括：监控用工业控制机、网络版监控软件和液晶显示装置。系统采用独立监测系统检测并网电站运行状况，利用工业控制机采集数据，可以24 h不间断对所有并网逆变器进行运行数据监测，实现发电管理、数据管理、安全管理及远程设备管理。

4.2.3.4　保护系统(www.xing528.com)

1.保护配置

光伏发电0.4 kV和35 kV系统，各单元保护装置直接安装于被保护设备开关柜室内，具体保护配置如表4-4所示。

表4-4　光伏系统0.4 kV，35 kV开关柜及变压器保护配置表

2.防雷与接地

光伏并网发电系统防雷保护分为直击雷防护和感应雷防护。其中，直击雷的防护根据光伏组件方阵的高度和占地面积，采用与建筑已有避雷网连接。感应雷的防护采用在太阳能电池支路汇流接入并网逆变器前设置两级电源避雷器：一级在光伏阵列防雷汇流箱中，输出端正、负相上分别安装有电源避雷器；二级是在直流配电柜中，每个直流配电单元输出端正、负相上分别安装有电源避雷器，接地端与楼顶建筑预留出接地点相连接。此外，在并网逆变器交流输出侧和低压交流配电柜输出端也安装有避雷器，作为防雷设施。

光伏发电系统的接地保护设计将安装支架、设备基础、设备外壳等通过接地扁钢或接地电缆接至建筑专业预留接地点，接地电阻不大于0.5Ω。

3.防“孤岛效应”

并网逆变器具备“被动式”和“主动式”两种“孤岛效应”检测方法。“被动式”检测实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。“主动式”检测对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过测量逆变器输出谐波电流在并网点所产生的谐波电压值，从而得到电网阻抗来进行判断，当电网失电时会在电网阻抗参数上发生较大变化，从而判断是否出现了电网失电情况。通过上述任一检测方法，当并网逆变器检测到电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，并网逆变器并不会立即投入运行，而是需要持续检测电网信号在一段时间（如90 s）内完全正常，才重新投入运行。