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基于ETAP的光伏建筑交流微网系统运行特性研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2015-06-11  来源:《电气&智能建筑》  作者:王晓辉 程海新 赵士元
  1 引言
 
  太阳能资源丰富,取之不尽,用之不竭,属于容易获取并可被直接利用的可再生能源,光伏发电是太阳能资源开发和利用的重要形式。随着能源需求量的不断增加,原有的传统能源(如煤、石油和石油气等矿物化石燃料)不仅对环境已产生极其严重的污染,而且在不远的将来就会耗尽。因此,太阳能发电是有效解决环境污染、能源危机的有效措施。可再生能源与建筑结合是可再生能源利用的有效形式,建筑集成和建筑辅助光伏发电系统就是其中的典型。这种形式不额外占用土地资源,可原地发电减少输电投资和输电损失,减少常规电力消耗量,降低供电高峰负荷,又可以节省建材、节省空间,对于降低对传统能源的依赖,促进建筑节能减排、保护地球环境具有重要意义,因而具有广阔的应用前景。
 
  在光伏建筑中采用系统化的方法,将各种类型的太阳能光伏组件、负荷、储能装置及控制装置等结合起来,形成一个单一可控的独立系统,即建筑微网系统[1-3]。光伏电池在太阳的照射下因光伏效应产生光伏电压,产生的电能通过控制系统、变换系统实现电能的直接利用或储存,也可通过逆变器将产生的电能并入大电网。建筑微网的形式有交流微网、直流微网和交直流混合微网三种,交流微网是目前比较常见的形式,因此本文对其并网运行特性进行了研究。
 
  2 微电网系统结构
 
  微电网相对于大电网而言是一个有机整体,通过公共连接点PCC与外部大电网连接,能实现“即插即用”。从微电网自身来看,微电网在并网运行时,作为电网的一部分,根据电网的整体调度完成发电或用电任务,在孤网运行时候,它又能够完全脱离大电网带负荷独立运行,完成对电力系统内部重要负荷的供电。微网系统一般由分布式电源、储能装置、负荷及控制装置这四个部分组成[4-7]。
  (1)分布式电源(DG)
  分布式电源一般为风力发电、光伏发电等单独的新能源或组合;也可以以冷热电与热电联产方式存在,就地向用户提供热能和电能。
  (2)储能装置
  在微电网系统中,储能技术能够保证微电网在孤网和并网两种模式之间平稳过渡。在负荷低谷时,储存电源的多余电能;在负荷高峰时,回馈给微电网以调节功率需求。储能系统作为微电网必要的能量缓冲环节,其作用非常重要。在微电网的电能质量调节装置中,针对系统故障引发的瞬时停电、电压骤升、电压骤降等问题,可利用储能装置提供快速功率缓冲,吸收或补充电能,提供有功功率支撑,进行有功或无功补偿,以稳定、平滑电网电压的波动,做到并网时补偿谐波电流和负载尖峰,孤网时稳定系统电压,在一定程度上提高微电源的性能[7-8]。
  (3)负荷
  负荷指导线、电缆和电气设备(变压器,断路器等)中通过的功率和电流。该负荷是一个随时间而变化的变动值。用电设备并不是同时运行,即使同时运行,也并不是都能同时达到额定容量,计时往往采用一个假定负荷即计算负荷来表征系统的总负荷。由于计算负荷的热效应与变动负荷的热效应是相等的,用计算负荷来选择导线、电缆截面和电气设备比较接近实际。负荷分为一般负荷和重要负荷。
  (4)控制装置
  控制装置常采用三层控制方案:中央调度层、集中控制层与设备控制层。中央控制层通过接受上级电网指令,主要负责控制微电网的启动、停运;集中控制层控制微电网的各个组成部分,监测微电网运行状况,控制调节使微电网稳定运行;设备控制层主要是针对分布式电源的频率和电压的一次调节、就地保护完成微电网系统的“自愈”。
 
  3 交流微网系统构建
 
  交流微网是指采用公共交流母线将所有分布式电源及负荷连接而成的系统。交流母线通过公共连接点(PCC)断路器控制,实现微电网的并网运行或孤网运行。图一为交流微电网的拓扑结构图。分布式电源、储能装置通过逆变装置连接至交流母线。交流微网是目前微电网的主要形式,源于大电网主要都是采用交流形式[8]。
 
  由于大电网大多采用交流的形式,交流微网的发展相对成熟,具有以下优点:
  (1)交流微网不需要昂贵的换流站,无环流时谐波电压电流的影响;
  (2)有电流的自然灭弧点,灭弧容易。
 
  缺点是微电网的运行控制难,系统稳定存在问题,短路电流幅值具有随机性,存在无功损耗和集肤效应(集肤效应又叫趋肤效应,当交变电流通过导体时,电流将集中在导体表面流过形成的现象)等问题。
 
2-01
 
  3.1 光伏电池模型
 
  图2所示为ETAP软件中光伏组件模块,可以对光伏组件进行选择符合工程实际使用的类型,软件内部会自动对其参数进行匹配。
 
2-02
 
  图3为PV阵列选择框图,在此可以对光伏组件的串并联数进行,在左侧计算出PV阵列的所需要的面板总数、输出电压、功率和总电流大小,便于其他元器件的选型。
 
2-03
 
  3.2 储能模块
 
 
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