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光伏并网发电系统的雷电监控系统研究

2012-05-14 16:58
野明月
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1 引言

  随着人类对能源需求的日益增加,地球上化石能源的储量正日趋枯竭。开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展,是人类必须采取的措施。太阳能是近年来我国新能源利用领域的发展方向,是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。太阳能光伏并网发电是太阳能最主要和最重要的应用,其主要组成部分光伏电站太阳电池阵列均位于户外。因此,为了确保系统可靠和安全地工作,必须解决太阳能光伏并网发电系统的防雷避雷问题。

  然而,目前人们尚不能对雷电加以有效利用,而只能对它采取相应的预防性措施,变被动引雷为主动引雷,以减少雷电带来的各种灾害。我国大部分的楼层建筑,防雷措施一般采用避雷带、避雷针和安装阀型避雷器等装置。但是,将现行的防雷技术用于太阳能光伏并网发电系统,一方面,由于大面积的太阳电池板已占据了屋面,特别是与建筑材料一体化的光伏屋顶,它们的水、电循环系统都可以成为雷电的载体,所以,从安全角度考虑,要求有更高性能的避雷技术才不致于使太阳能光伏并网发电系统及人类受到侵害;另一方面,按传统的避雷技术,要使整个太阳能光伏并网发电系统都不受雷电侵袭,必须严格按照技术标准安装避雷带、避雷针群等装置,且对间距和高度都有很高的要求。否则,难以保证安全。如何让太阳能光伏并网发电技术和新型避雷技术有机地结合在一起,组成实用、美观、安全可靠的一体化避雷系统,是目前亟需研究并解决的重要课题。对光伏并网电站的太阳电池阵列、控制器和逆变器进行多级、综合雷电防护,是本文研究的重点。

2 系统组成及工作原理

  太阳能光伏并网发电系统的运行方式主要可分为离网运行(即独立太阳能光伏发电系统)、联网运行(联网太阳能光伏发电系统)和混合系统三大类。无论是离网运行,还是联网运行,目前对它遭受雷击状况的检测与控制的雷电监控系统的研究尚在发展中。太阳能光伏并网发电系统主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。其工作原理是:太阳电池组件产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后,直接进入公共电网,光伏电池方阵所产生的电力除了供给交流负载外,多余的电力反馈给电网。在阴雨天或夜晚,太阳电池组件没有产生电能或者电能不能满足负载需求时,就由电网供电。由于太阳能发电直接供入电网,免除配置蓄电池,省掉了蓄电池储能和释放的过程,减少了能量的损耗,并降低了系统的成本。但是,系统需要专用的并网逆变器,以保证输出的电力满足电网对电压、频率等指标的要求。因为逆变器效率的问题,会有部分能量损失。这种系统并行使用公用电网和太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源,减低了系统的负载缺电率,而且并网光伏系统可对公用电网起到调峰作用。但并网光伏供电系统作为一种分散式发电系统,会对电网产生一些影响,需予以考虑和重视。

  在太阳能光伏并网发电系统中,避雷的原理在于变被动引雷为主动引雷。各种避雷针实际上都是“引雷针”,将高空的雷电流接引入地底下释放电荷,这是被动引雷,被保护的太阳能光伏并网发电系统,仍然处于危险之中。如图1所示为太阳能光伏并网发电系统雷电监测系统组成框图。

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