火力发电厂中光伏发电系统的设计与应用.pdf

建筑工程与装修中国厨卫火力发电厂中光伏发电系统的设计与应用陈凯凯（山东君明利和工程设计有限公司，济南2 5 0 0 0 0摘要：传统的火力发电厂在能源消耗和环境影响方面存在一定的问题，如温室气体排放和空气污染。基于此，文章对火力发电厂光伏发电系统的结构和原理、硬件选择与设计，以及电气回路设计等方面进行了深入研究。文章旨在为火力发电厂在引入光伏发电系统时提供实际的设计指导，同时也可以为光伏发电系统在其他领域的应用提供有益的参考。关键词：光伏发电系统；火力发电厂；选型；设计；电气回路中图分类号：TH183.3Design and Application of Photovoltaic Power Generation System inThermal Power PlantsCHEN Kaikai(Shangdong Junminglihe Engineering Design Co.,Ltd.,Jinan 250000,China)Abstract:Traditional thermal power plants have certain problems in energy consumption and environmental impact,suchas greenhouse gas emissions and air pollution.Based on this,the article conducts in-depth research on the structure andprinciple,hardware selection and design,as well as electrical circuit design of photovoltaic power generation systems inthermal power plants.The article aims to provide practical design guidance for thermal power plants when introducingphotovoltaic power generation systems,and also provide useful references for the application of photovoltaic power genera-tion systems in other fields.Key words:photovoltaic power generation system;thermal power plants;selection;design;electrical circuit1引言现代社会对能源的需求日益增长，传统的火力发电是主要的能源供应方式之一。然而，火力发电使用的化石燃料，会产生大量的空气污染物和温室气体，对环境造成严重影响。为了减小对环境的负面影响并推动可持续发展，人们开始探索替代能源的利用途径，在替代能源中光伏发电系统备受关注。光伏发电系统利用太阳能转化为电能，具有环保、可再生性和广泛分布性等多重优势。在火力发电厂中引人光伏发电系统,可以有效降低温室气体排放量，减少对化石燃料的依赖，促进能源的多样化利用。因此，系统研究火力发电厂中光伏发电系统的设计与应用具有重要意义。2结构和原理2.1丝结构火力发电厂光伏发电系统主要由逆变器、变压器、光伏作者简介：陈凯凯（1 9 9 0 一），中级工程师，研究方向为热能与动力。组件、汇流箱、中压开关和辅助部件等组成，辅助部件包括计量装置和保护装置，如图1 所示。光伏组件逆变装置汇流箱保护装置厂用电系统图1 光伏发电系统组成结构逆变器是光伏发电系统的核心部件之一,其作用是将光伏组件所输出的直流电转换为交流电。逆变器可以将电能的频率和电压调整到符合电网要求的标准，确保光伏发电系统与电网稳定连接。变压器是该系统重要的组成部分,其用于调整光伏发电系统输出的电压等级，以适应火力发电厂的电网系统。变压器能够将高压直流电转换为高压交流电，或将低压直流电转换为低压交流电，从而实现与电网的有效对接。光伏组件则是系统中负责将太阳能转化为电能的关键组件。其由多个光伏电池组成，光伏电池能够将太阳光直接转化为电能。光伏组件通常安装在火力发电厂的建筑物屋顶,以最大程度地利用太阳能资源 。汇流箱用于将多个光伏组件的电能输出集中到同一个地方,并提供保护和监测功能。汇流箱通常安装在光伏阵列旁边，2024年|3 期1 3箱变中国厨卫建筑工程与装修方便连接和维护光伏组件。中压开关用于控制光伏发电系统的电能输出以及与电网连接的过程。其可以根据需求实现对电能输出的调节和控制,并确保光伏发电系统的安全运行。辅助部件包括计量装置和保护装置，其对光伏发电系统的运行具有重要作用。计量装置用于监测和记录光伏发电系统的电能输出情况,以便进行数据统计和电量计量。保护装置用于检测系统故障和异常情况，便于采取相应的保护措施，确保系统的稳定和可靠运行。光伏发电系统能有效地利用太阳能资源，减少对传统能源的依赖，降低环境污染。光伏发电系统通过各个部件相互协作,从而稳定、高效地将太阳能转化为可用的电能。2.2原理太阳能电池是一种固态器件，利用半导体材料的电子特性将太阳光转化为电能。其基本原理是利用半导体P-N结的光生伏打效应将光能转换为电能。当半导体受到自然光或其他光源的照射时，其内部的电荷位置和分布会发生变化，从而引起内部电势变化并产生电流。具体而言，当P-N结受到太阳光照射时，光能使P-N结中的原子释放出电子和空穴对。在势垒电场的作用下，电子被驱至N型区,空穴被驱至P型区 2。由于N型区存在大量电子,P型区存在空穴,因此在P-N结附近形成了与势垒电场方向相反的光生电场。光生电场一部分会抵消势垒电场，剩余部分会使P型区带有正电荷,N型区带有负电荷,从而在P-N结的薄层产生电动势，即光生伏打电动势，其原理如图2 所示。N型区光子入射图1 太阳能电池原理图3石硬件选择与设计3.1光伏组件选型在光伏发电系统的设计与应用中,光伏组件的选型是硬件选型与设计中的重要部分，其中硅太阳能电池是常见的一种选择。硅太阳能电池是一种利用硅材料制作的电池板，主要分为非晶硅、单晶硅、薄膜太阳能电池和多晶硅太阳能电池等类型。不同类型的硅太阳能电池在光电转换效率、成本和适应性方面存在差异。14|中国厨卫非晶硅太阳能电池制造成本较低,适应性较高，其生产过程较简单,对光线的接收能力较强。但其效率相对较低，适用于对功率要求不高的场合。单晶硅太阳能电池以其转换效率高而闻名，其晶体结构更有序，光电转换效率更高。其在充电效率和持久性方面表现出色，适用于需要高功率输出的应用场景。多晶硅太阳能电池效率较高，制造成本较低,是目前应用最广泛的光伏组件之一。其晶体结构较为松散,在实际应用中具有良好的稳定性和可靠性。薄膜太阳能电池体积轻薄,并具有较好的适应性和灵活性 3。选择合适的光伏组件需要考虑火力发电厂的具体需求和场地条件，若有充足的场地空间，可以优先考虑单晶硅或多晶硅太阳能电池。而对于有限空间或有特殊需求的场合，薄膜太阳能电池可能是更好的选择。3.2逆变器选型在光伏发电系统的硬件选型与设计中,逆变器的选型是一个关键环节。逆变器在光伏发电系统中起着将直流电转换为交流电的重要作用。在逆变器选型中，需要考虑多个因素，包括功率要求、效率、可靠性和通信功能等。根据火力发电厂的实际情况和系统需求,选择合适的逆变器十分关键。逆变器的功率应与光伏阵列的额定功率匹配，以确保系统的稳定性和效率。同时,高效率的逆变器能够将更多的直流电能转换为交流电能,提高光伏系统的发电效率 4。逆变器的可靠性也是一个重要考虑因素，稳定的运行和长寿命对于光伏发内建电场P型区+电系统的持续性能至关重要。因此,在选型过程中,需考虑逆变器的质量、可靠性指标和过载保护功能等。此外，一些现代逆变器还具备通信功能，可以实现与监控系统的远程通信和数据传输。这有助于实时监测光伏系统的运行状态、发电量以及故障诊断情况，从而更好地管理和维护系统。逆变器的选型需要考虑火力发电厂的实际需求和条件,并综合考虑功率要求、效率、可靠性和通信功能等因素。合理选择逆变器能够确保光伏发电系统的高效运行和稳定光子入射性能。4电气回路设计4.1电电气一次回路设计光伏发电系统在火力发电厂中的装机容量为2.7 5MW，总装机容量为5.5 MW。根据棚顶光伏太阳能电池板的布局、容量以及与电厂负荷消纳的配合情况,计划将封闭煤棚光伏发电系统分别接人脱硫岛1 0 kV配电室的两段独立母线。因此，火力发电厂将采用5 0 个5 0 kW的组串式逆变器,每5 个逆变器将被连接到一个汇流箱中。使用1 0 个交流汇流箱进行电流汇总，并通过箱式变压器将电能升压至10kV。最后,通过直埋电缆进行连接，将电能引入位于场5结语建筑工程与装修中国厨卫地南侧的脱硫岛汇流母线 5。按照火力发电厂脱硫系统的厂用电接线方法和光伏电池板的接线方法，决定该封闭煤棚光伏电池板的一次接线方法，接线流程如下。一号煤棚内光伏发电系统的总电源通过光伏升压变压器，与1#1 0 kV脱硫段A和2#1 0 kV脱硫段B相连接。二号煤棚内光伏发电系统的总电源通过光伏升压变压器,与1#1 0 kV脱硫段B和2#1 0 kV脱硫段B相连接。火力发电厂脱硫系统采用单电源供电模式，光伏发电系统接入后，脱硫系统采用双电源供电模式，以保证脱硫系统稳定运行。其中电源一主要为火力发电厂各用电设备供电，电源二主要为光伏发电系统供电。4.2电气二次回路设计二次设备的作用是把一次设备中的高压大电流电能转化为低电量电能，并对一次设备进行监控、调整和保护,其中包括测量仪表、继电保护、安全自动装置和通讯设备等。二次回路是指二次电路按照特定需要相互连接而形成的电路,是保证电网安全生产、经济运行、稳定供应的重要设计要素。在火力发电厂的二次回路中，中压开关柜是重要硬件设备，其综合保护装置是对整个光伏发电系统正常运行的保障，在系统出现问题时，它可以收集电能，传送给保护装置，以便对其进行处理,并快速地分离对应的开关和刀闸，从而减小故障带来的影响，同时还可以对其他的设备进行保护，避免设备损坏 6 为了确保火力发电厂光伏发电系统的稳定运行，中压开关柜应具备就地和远程的分合闸功能，并应配备分合闸后的状态指示功能，以便在发生故障时能及时进行跳闸操作。由于该封闭式煤场太阳能电池板为两个电厂的母线提供电力,因此,同一变压器的两个开关应具备相互闭锁的能力，以避免两个机组的母线同时出现短路。光伏发电系统结构对于火力发电厂的设计和应用至关重要。通过合理的组件布局和连接方式，可以最大程度地利用太阳能资源并提高发电效率。在光伏组件选型方面，需要考虑组件的功率、效率、可靠性和适应性等因素。选择高质量的光伏组件可以确保系统的长期稳定运行。逆变器作为光伏发电系统的核心设备之一，负责将光伏模块输出的直流电转换为交流电。逆变器的选型应考虑功率适配、效率高和稳定性好等特点，以提高系统的能量转换效率。在电气回路设计方面，电气一次回路是指从光伏组件到逆变器的电路。合理的一次回路设计可以提供光伏电源稳定输入逆变器的电流和电压，保证系统的正常运行。电气二次回路是指从逆变器到电力系统或负载的电路，需要合理设计电气保护和开关控制系统，以确保光伏发电系统与电力系统的稳定连接和互操作性。参考文献1王琰妮,杨小天,迟耀丹.一种新型的分区工作光伏发电系统MPPT控制方法研究 J.光源与照明,2 0 2 1(1 1)：7 7-7 9.2熊文,危国恩,王莉，等.虚拟电厂在分布式光伏发电中的运用研究 J.电气技术与经济,2 0 1 9(4):6 2-6 3,6 6.3刘林,王成,阮会明,等.基于碲化镉的分布式光伏发电系统设计研究 J.建筑电气,2 0 2 3,4 2(7)：1 0-1 4.4】肖振鹏，段琪峰,廖颜沛.城市轨道交通光伏发电系统的全生命周期研究 J.机电工程技术,2 0 2 3,5 2(7)：1 9-2 3.5慈铁军,赵占占，任行健,等.基于G1序关系分析法的光伏瓦片发电系统综合效益评价 J.电力科学与工程,2 0 2 3,3 9(6):48-54.6杨露.独立光伏发电系统中混合储能系统的优化配置策略J.凯里学院学报,2 0 2 3,4 1(3):1 3-2 1.2024年3 期1 5