前 言：隨著人類工業(yè)的發(fā)展，化石能源的利用不斷給環(huán)境帶來各方面的壓力，世界各國加快了對清潔新能源的開發(fā)利用，太陽能因具有清潔無害、分布廣泛等特點，越來越受到人們的青睞。太陽能光伏也成為當今分布式新能源發(fā)電的熱點，然而由于當今工業(yè)化發(fā)展不斷誕生的工業(yè)園一次又一次拉起電力缺口的警報，于是，將分布式光伏電站嫁接在負荷中心的工業(yè)園上成為高效利用分布式能源發(fā)電的新形式。

　　1. 研究意義與目標

　　目前，光伏發(fā)電在我國主要有兩種并網(wǎng)應(yīng)用形式：大型地面（荒漠）電站和光伏建筑一體化。前者存在并網(wǎng)接入難、配套電網(wǎng)建設(shè)成本高的缺點，后者往往發(fā)電規(guī)模小、節(jié)能效益不突出；而隨著我國工業(yè)的快速發(fā)展，建設(shè)在以工業(yè)園等負荷中心的大規(guī)模屋頂光伏電站成為高效利用光伏發(fā)電的新型方式。

　　眾所周知，中國是一個制造業(yè)的大國，2011 年工業(yè)用電占全國全部電力的75%，而這些大的用電企業(yè)往往集中在以生產(chǎn)制造為主的工業(yè)園區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，全國大型國家級工業(yè)園區(qū)有131 個，省級工業(yè)園區(qū)1500 多個，而如何為工業(yè)園提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)，做到不拉閘不限電，一直是電力公司難以解決的突出問題。而光伏屋頂電站的引入為它帶來新的機遇。

　　積極推進工業(yè)園光伏屋頂電站的建設(shè)，還因其具有以下顯著優(yōu)點：

　　1） 延緩了電網(wǎng)投資建設(shè)、降低電能線路損耗，具有良好的節(jié)能減排效益。用電側(cè)與發(fā)電側(cè)在同一區(qū)域，不僅節(jié)省線路投資，也大大省去了電能在輸配電網(wǎng)上的損耗。

　　2）對電網(wǎng)具有一定的調(diào)峰作用。光伏發(fā)電在白天，而工業(yè)園區(qū)用電高峰變在白天，這對供電區(qū)域錯峰用電，調(diào)節(jié)峰谷值起到一定作用。

　　3）利用園區(qū)廠房建光伏電站，無需另外占地，節(jié)約了土地資源。

　　因此，研究如何建設(shè)工業(yè)園區(qū)大型光伏屋頂電站是非常具有時代意義的。

　　2. 光伏政策

　　為促進太陽能光伏應(yīng)用在國內(nèi)的發(fā)展，國家相繼推出一系列支持政策。從最早1997 年的針對偏遠無電區(qū)太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)的“光明工程”，到2009 年針對并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的“金太陽示范工程”，以及2011 年1 月出臺的“太陽能光電建筑應(yīng)用一體化示范項目”，都在光伏發(fā)電項目上給予一定的財政補貼，國家也通過像“甘肅敦煌10MW 光伏電站”等特許權(quán)招標項目，摸底光伏行業(yè)成本，繼而在2011 年7 月出臺歷史性的上網(wǎng)標桿電價政策。不僅在國家層面，各省級如江蘇、山東等也紛紛出臺各自的光伏應(yīng)用政策，極大地推動了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。各扶持政策見下表：

表1 國家支持光伏的政策

　　由表可見，國家在對光伏項目的支持力度是很大的，但同時我們也不難發(fā)現(xiàn)，金太陽工程實施的三年，其導向重點已從鼓勵一般型用戶側(cè)和大型地面（荒漠）并網(wǎng)電站慢慢轉(zhuǎn)向用電負荷集中的經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、工業(yè)園區(qū)的光伏發(fā)電形式，以及智能電網(wǎng)和微電網(wǎng)項目。這也是本篇文章編寫的意義所在。

　　此外，光伏發(fā)電項目還可通過合同能源管理方式，以節(jié)能減排指標獲取國家補助政策，使得節(jié)能服務(wù)公司和用能單位均獲得利益。

　　3. 大型光伏屋頂電站的設(shè)計難點

　　3.1 大型光伏屋頂電站的特點

　　大型光伏屋頂電站不同于前兩種光伏系統(tǒng)，它既具有裝機規(guī)模大（往往MW 級以上），同時具有帶負載特點，這使得它不能像普通的光伏建筑一體化直接接入低壓配電系統(tǒng)（因光伏容量一般遠小于負荷，不用考慮負荷大小問題）；

　　也不同于大型荒漠電站，沒有自身負荷只需升壓接入大電網(wǎng)。大型屋頂電站既要考慮并網(wǎng)運行安全性（接入位置與容量），又要考慮運行的經(jīng)濟性（自發(fā)自用還是上網(wǎng)賣電，以及如何分配），同時還需要考慮不同負荷用電特性時段的運行模式（如節(jié)假日停產(chǎn)或具有間隔休息的廠區(qū)等），所以大型屋頂電站的并網(wǎng)設(shè)計成為整個電站的設(shè)計難點。

　　3.2 大型屋頂電站并網(wǎng)設(shè)計難點

　　大型屋頂電站并網(wǎng)與諸多因素有關(guān)，設(shè)計非常復雜，必須考慮的以下幾方面：

　　3.2.1 并網(wǎng)發(fā)電利用形式

　　一般來說，光伏電站主要有如下四種并網(wǎng)發(fā)電利用形式：

　　1）完全自發(fā)自用型+ 逆功率控制。即純粹的用戶側(cè)并網(wǎng)，并配置逆功率保護系統(tǒng)保證不向上一級電網(wǎng)供電區(qū)域逆流。

　　2）自發(fā)自用+ 剩余電力型。用戶側(cè)并網(wǎng)，但允許有多余光伏電力存在，并且采取相應(yīng)措施解決和利用這部分電力，確保電網(wǎng)安全基礎(chǔ)上得到最大經(jīng)濟效益。

　　3）全上網(wǎng)型。需要升壓接入配電網(wǎng)，由電力公司對其電力進行全收購。

　　4）自發(fā)自用+ 上網(wǎng)型。整個電站系統(tǒng)中部分自發(fā)自用，部分升壓上網(wǎng)賣電。

　　不同的并網(wǎng)方式有不同的回報效益，項目投資初期應(yīng)根據(jù)政策支持方式，如申請報金太陽或光電建筑示范項目還是上網(wǎng)電價賣電。前者一般為用戶側(cè)并網(wǎng)，若有富余電力則將以本地脫硫燃煤電價由電網(wǎng)收購（前提是要保證電網(wǎng)全），后者則是全部上網(wǎng)并入10KV 及以上配電網(wǎng)，由電網(wǎng)以1 元/KWh 的價格（2011 年7 月后）收購。結(jié)合工業(yè)園區(qū)自身用電大戶考慮，以用戶側(cè)并網(wǎng)為主導且申報金太陽補貼為最經(jīng)濟方法，即第二種和第四種。但第二種如何保證安全基礎(chǔ)上利用剩余電力是設(shè)計的一個難點，第四種方法亦在合理分配自用與賣電比例，以及如何實施是它難點。

　　3.2.2 低壓和高壓并網(wǎng)方式

　　光伏電站并網(wǎng)有兩種常見方式，即低壓并網(wǎng)和升壓并網(wǎng)。對于大規(guī)模屋頂電站其各自的優(yōu)劣如下表：

表2 大規(guī)模屋頂電站其各自的優(yōu)劣

　　若是用戶側(cè)并網(wǎng)，大型屋頂電站還必須對本地區(qū)域進行負荷預測與分析。

　　負荷分析可按變壓器為單位，應(yīng)包含以下幾方面內(nèi)容：設(shè)備總?cè)萘俊⒆儔浩髫撦d率、負載類型（感性、阻性或容性）、用電特性（1：連續(xù)工作制的設(shè)備或生產(chǎn)線；2：短時或周期制的用電設(shè)備；3：季節(jié)性的用電設(shè)備）以及空調(diào)負荷統(tǒng)計等。

　　根據(jù)負荷預測與原配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定光伏子系統(tǒng)的接入位置與接入容量，保證在不逆流情況下最大化利用光伏發(fā)電。

　　3.2.3 接入位置與容量設(shè)計

　　光伏屋頂電站作為一個分布式電源接入原配電系統(tǒng)，其接入位置與容量將對原系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響。

　　首先分布式發(fā)電的接人必然會引起饋線中傳輸有功、無功數(shù)量和方向發(fā)生變化， 進而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布，電壓支撐由分布式電源的總出力決定，總出力越多， 與負荷的比值越高， 電壓支撐就越大， 整體電壓水平就越高。

　　通過模擬仿真可知，光伏屋頂電站如果接入配電系統(tǒng)母線（如變壓器二次側(cè)）出線，對線路電壓分布的影響越?。蝗绻^大容量接入在饋線中部， 局部極大電壓也就出現(xiàn)在線路中部，同時，散布在饋線上的接入比集中在同一個位置對電壓的支撐作用要大。

　　圖3-1 分布式發(fā)電接入位置變化引起電壓分布變化曲線

　　由此可知，如果屋頂電站以集中式單點方式并網(wǎng)，不能隨意接入配電系統(tǒng)位置，應(yīng)該接入母線上，但如果以分散多點并網(wǎng)接入，就電壓水平而言，接入線路中后端（如二級和三級電柜）更好一些。但實際過程中，原配電系統(tǒng)的線路分布與光伏發(fā)電系統(tǒng)的地理間隔往往成為接入的阻礙，主要影響線路投資、甚至配電線路改造，以及傳輸帶來的電能耗。

　　所以光伏系統(tǒng)以多大容量、分散還是集中形式接入原配電系統(tǒng)的節(jié)點位置，是大型屋頂電站的設(shè)計難點之一。

　　3.3 光伏并網(wǎng)帶來的問題

　　此外，上一定規(guī)模的光伏系統(tǒng)還面臨以下并網(wǎng)問題：

　　1、接入點電能質(zhì)量的問題

　　1） 諧波問題。光伏電站一般都是通過電子逆變器接入電網(wǎng)，采用脈寬調(diào)制、斬波等技術(shù)的逆變器必然給電網(wǎng)造成諧波污染。

　　2）功率輸出不穩(wěn)定引起的電壓波動問題。光伏電站的電能輸出受太陽光強度變化而形成間歇性、周期性、隨機性的特點，容易造成接入點電壓的脈動以及輸電線路潮流的波動，帶來地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性以及線路的逆潮流問題。

　　3） 直流分量。光伏電站有可能向電網(wǎng)注入直流，使變壓器和電磁元件出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，并使附近機械負荷發(fā)生轉(zhuǎn)矩脈動。

　　2、光伏接入對配電網(wǎng)保護系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

　　分布式光伏電源及儲能裝置的接入，改變了配電系統(tǒng)故障的特征，使故障后電氣量的變化變得十分復雜，使保護的工作原理和動作邏輯均變得異常復雜，傳統(tǒng)的保護原理和故障檢測方法將受到巨大影響，從而無法正常工作，這已經(jīng)成為限制分布式發(fā)電供能技術(shù)進一步發(fā)展和應(yīng)用的重要技術(shù)屏障。

　　3、改變了傳統(tǒng)電網(wǎng)的運行管理習慣

　　分布式光伏電源的接入改變了傳統(tǒng)配網(wǎng)電能計量計費方式以及與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的信息交互技術(shù)。特別是當光伏發(fā)電裝機比例增加到一定規(guī)模時，因其出力的隨機性間歇性等特點對電網(wǎng)的營運調(diào)度、調(diào)頻策略等一個提出新的挑戰(zhàn)。

　　3.4 用戶側(cè)并網(wǎng)剩余光伏電力問題

　　大型屋頂電站因其裝機容量大，負荷具有時段性和間隔性（如長期節(jié)假日或車間停產(chǎn)等情況下），將會產(chǎn)生大量的剩余光伏電力，針對如何解決因負荷不匹配出現(xiàn)的剩余電力，有如下四種方式：

　?、?任其逆流。負荷區(qū)域消耗不完的電力將通過原配電變壓器逆流至高壓側(cè)，原降壓變壓器變成升壓變，其負面影響主要有二方面：一方面將影響高壓側(cè)電力系統(tǒng)故障特性，可能致使繼電保護等裝置誤動或拒動；另一方面逆流將抬高原低壓側(cè)的電壓水平，原400V 將升至440V 左右，將對低壓側(cè)所帶負載產(chǎn)生一定的過電壓影響甚至毀壞某些低壓設(shè)備。

　　② 切除全部或部分光伏發(fā)電。采用逆功率控制系統(tǒng)，當一旦檢測光伏發(fā)電將大于負載用電時，監(jiān)控系統(tǒng)停止光伏發(fā)電或切除部分光伏子系統(tǒng)，這是當今最常用的一種方式，此方法不足之處是白白浪費了光伏發(fā)電資源。

　?、?切換至升壓系統(tǒng)送出。整個系統(tǒng)設(shè)計為低壓并網(wǎng)和升壓送電的綜合系統(tǒng)，當用戶側(cè)產(chǎn)生剩余電力時，監(jiān)控系統(tǒng)立即將系統(tǒng)（或部分子系統(tǒng)）切換至升壓回路，將剩余電力通過升壓站送上電網(wǎng)，最大化利用光伏發(fā)電資源。

　　圖3-1 分布式發(fā)電接入位置變化引起電壓分布變化曲線

　?、?智能微電網(wǎng)接入方式；采用智能微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)，將（白天）剩余光伏電力充入蓄電池系統(tǒng)，（晚上）通過逆變系統(tǒng)將電能放出供給負載。

　　上述四種方式中，第一種因其安全性和可靠性不高，一般不建設(shè)采用；第二種方式應(yīng)用廣泛但經(jīng)濟性不高，第三種和第四種有較高的經(jīng)濟回報效益，具有一定的創(chuàng)新性，只要運用得當，是值得推廣的方式。

　　4. 湖南九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂電站的設(shè)計特點

　　4.1 工程概述

　　湖南湘潭九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂電站屬于中國大型金太陽工程，是2010 年國家13 個太陽能光伏發(fā)電集中應(yīng)用示范區(qū)中最大的屋頂電站工程，項目位于湖南省湘潭區(qū)九華示范區(qū)，由珠海興業(yè)綠色建筑科技有限公司建設(shè)，項目2010年8 月完成可研性報告，次年7 月完成總體規(guī)劃設(shè)計報告，8 月開始大規(guī)模施工建設(shè)，預計12 月中旬完成調(diào)試并網(wǎng)運行。

　　4.2 設(shè)計思路與方法

　　本工項目主要包含中國興業(yè)（湖南）產(chǎn)業(yè)園區(qū)一期和二期、九華創(chuàng)業(yè)園區(qū)及其它園區(qū)部分建筑屋頂，現(xiàn)以典型的興業(yè)園一期為代表，分析大型電站的設(shè)計特點。

　　4.2.1 基本情況

　　興業(yè)園一期含五個大型廠房，總面積約8.68 萬平方米，主要由電池片生產(chǎn)車間、電池組件車間、幕墻門窗加工車間、玻璃深加工車間及熱能車間組成，主要負荷設(shè)備有燒結(jié)爐、擴散爐、層壓機、玻璃鋼化爐等。興業(yè)園平面布局圖如下：

　　圖4-1 興業(yè)園平面布局圖

　　興業(yè)園有高壓總配電室一座，位于5# 廠房東北角，由高壓配電室分四個回路，分別給1，3# 廠房配電室、2，4#配電室、5# 配電室及生活倒班樓箱變供電。

　　為加強示范作用，共選用單晶硅、多晶硅和非晶硅三種組件，屋頂安裝情況如下：

　　表4-1 興業(yè)產(chǎn)業(yè)園一期布板基本情況表

　　而興業(yè)園一期各廠房的負荷與變壓器布置情況如下：

　　表4-2 興業(yè)園區(qū)廠房負荷與變壓器分布

　　4.2.2 并網(wǎng)設(shè)計

　　此處略去常規(guī)的陰影分析、組串與逆變器設(shè)計、直流匯流與保護設(shè)計等部分。

　?、?并網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式

　　作為已獲得國家財政補貼的金太陽項目，其上網(wǎng)電價只能與當?shù)孛摿蛉济弘妰r相同（湘潭地區(qū)0.44 元/KWh），而園區(qū)的工業(yè)用電綜合電價是0.8 元/KWh。顯而易見要實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化則需盡量自發(fā)自用，采取用戶側(cè)低壓并網(wǎng)的方案。且低壓并網(wǎng)是一種成本低、損耗小、效率高、建造簡單的并網(wǎng)形式，通過負荷分析可知1#，3#，4# 和5# 廠房均可采用這種并網(wǎng)方式接入自身區(qū)域變壓器。

　　再來分析2# 廠房，2# 廠房面積大負荷小，光伏容量達2.2MW， 區(qū)間負載只有0.98MW， 且變壓器容量只有1250KVA，無法滿足光伏接入條件。如將其接入其它廠房變壓器，如1，3# 配電廠房，則必須遠距離電纜敷設(shè)，需增加投資約150 多萬元，且低壓遠距離送電電能損耗大、電壓壓降大，有違電力設(shè)計的經(jīng)濟性原則。同時考慮全廠區(qū)的預測負荷功率為6490KW，而總的光伏裝機容量為7151KW，天氣良好情況下交流輸出可達6793KW，光伏發(fā)電將可能超過所有負載，園區(qū)配電系統(tǒng)將向上級電網(wǎng)產(chǎn)生逆功率，這不僅對電網(wǎng)，對廠區(qū)內(nèi)設(shè)備都可能造成損害。故綜合考慮，設(shè)計興業(yè)園有高壓總配電室一座，位于5# 廠房東北角，由高壓配電室分四個回路，分別給1，3# 廠房配電室、2，4#配電室、5# 配電室及生活倒班樓箱變供電。

　　為加強示范作用，共選用單晶硅、多晶硅和非晶硅三種組件，屋頂安裝情況如下：

　　將2# 廠房光伏系統(tǒng)升至10KV 上網(wǎng)，接入九華大園區(qū)10KV電網(wǎng)，興業(yè)園形成以低壓并網(wǎng)自發(fā)自用為主，高壓并網(wǎng)賣電為輔的混合并網(wǎng)方式。

　　② 分散OR 單點并網(wǎng)

　　確定低壓并網(wǎng)方案后，其接入位置、分散還是集中接入是緊接著要考慮的問題。為加強管理與維護、保證廠房內(nèi)部配電安全性，不宜將大量的分布式（雙）電源分散置入車間，從而確定集中并網(wǎng)的優(yōu)越性，根據(jù)第三章的分析可知，大容量單點并網(wǎng)宜接入變壓器低壓母線，故在每個廠房單獨設(shè)立光伏配電間的，將逆變器、光伏并網(wǎng)柜等設(shè)備集中匯流將光伏電力送出。光伏配電間位置設(shè)計靠近原配電室，通過銅母排與原配電母線連接，以減少交流線路投資和電能損耗。整個并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：

　　圖4-2 興業(yè)園并網(wǎng)設(shè)計結(jié)構(gòu)圖

　　4.2.3 接入容量與負荷匹配分析

　　確立了基本的并網(wǎng)系統(tǒng)方案后，需要對用戶并網(wǎng)側(cè)進行接入容量和負荷匹配分析，以驗算并網(wǎng)方式的安全性和可靠性，根據(jù)統(tǒng)計負荷、地域分配和發(fā)電量綜合分析，得下表：

　　表4-2 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)接入容量與負荷匹配

　　說明：根據(jù)系統(tǒng)效率和運行經(jīng)驗值，實際的光伏交流輸出按光伏額定容量的90% 計算。

　　由上可見用戶側(cè)低壓接入的光伏容量都不會超過預測負荷，其交流輸出按所占原變壓器容量不超過62%，正常工作下光伏所發(fā)電能將全部被負載消耗掉，這保證了整個配電系統(tǒng)的安全運行。而且能做到確保負載率較低時，盡量不出現(xiàn)逆流現(xiàn)象。

　　4.3 解決方案與創(chuàng)新特點

　　4.3.1 電能質(zhì)量

　　為解決光伏電站并網(wǎng)的諧波問題，在2# 廠房升壓站設(shè)置一套動態(tài)有源濾波裝置，采用西班牙進口動態(tài)有源濾波器，對大小和頻率都變化的諧波進行補償，降低諧波率。

　　針對光伏電站出力瞬時變化性大而引起電壓波動問題，本項目創(chuàng)造性地引用削峰填谷的智能微電網(wǎng)系統(tǒng)，通過控制蓄電池儲能系統(tǒng)的充放電調(diào)整節(jié)點能量變化波動，從而穩(wěn)定其向外輸出特性。詳情請見第五章。

　　4.3.2 可調(diào)度性

　　對于10KV 并網(wǎng)電力上網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，建立強大的監(jiān)控系統(tǒng)和綜合自動化系統(tǒng)，不僅配置常規(guī)的光伏電站監(jiān)測信息量，發(fā)電量信息均通過光纖傳送至電網(wǎng)上一級變電站。為更好地響應(yīng)上級變電站的調(diào)度指令，本系統(tǒng)通過先進的監(jiān)控技術(shù)控制每臺逆變器的功率輸出，調(diào)節(jié)其有功大小，從而實現(xiàn)自動控制有功輸出功能，而光伏電站常規(guī)的控制方式是在每個逆變器回路設(shè)置接觸器，通過二次系統(tǒng)控制其開斷，這種方式的啟停往往對逆變器損害較大，且不能實現(xiàn)單臺逆變器的平滑調(diào)節(jié)，因此新型監(jiān)控方式的應(yīng)用才真正實現(xiàn)光伏電站的可調(diào)度性，繼而解決電站對電網(wǎng)運營的不良影響。

　　4.3.3 逆功率控制系統(tǒng)

　　對于用戶側(cè)低壓并網(wǎng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)安全是非常重要的，因此本工程設(shè)置了逆功率保護系統(tǒng)。本工程1，3，4，5# 廠房均為低壓并網(wǎng)，在每個并網(wǎng)點均設(shè)置萬能框架式斷路器，斷路器可通過監(jiān)控系統(tǒng)控制其關(guān)斷，另在變壓器二次側(cè)低壓出線關(guān)口設(shè)置逆功率檢測裝置，當一旦檢測到光伏發(fā)電大于負載用電時，監(jiān)控系統(tǒng)立即切斷并網(wǎng)回路停止發(fā)電（或?qū)⒌蛪翰⒕W(wǎng)部分切換至升壓系統(tǒng)），以保證電網(wǎng)和變壓器的安全運行。

　　4.3.4 兩種運行模式

　　對于工業(yè)園區(qū)不同生產(chǎn)時段實現(xiàn)不同的運行模式，以達到最大的經(jīng)濟效益。

　　由上章分析可知本工程采取用戶側(cè)低壓并網(wǎng)和升壓賣電的綜合并網(wǎng)方式，且低壓部分設(shè)置逆功率保護裝置，為充分利用太陽能資源，當用戶側(cè)并網(wǎng)部分出現(xiàn)剩余電力時，我們設(shè)計自動切換的模式將其轉(zhuǎn)至升壓模式。

　　對于2# 廠房升壓并網(wǎng)系統(tǒng)，當園區(qū)用電量小時，應(yīng)盡可能多的將電力送上網(wǎng)；當園區(qū)用電量大時，上網(wǎng)賣電價格比自身用電貴，應(yīng)盡可能多地將電力并網(wǎng)低壓網(wǎng)絡(luò)，在綜合考慮線路和設(shè)備投資成本情況下，本工程在2# 廠房升壓站設(shè)計250KW 光伏子系統(tǒng)雙電源自動切換柜，當廠區(qū)用電量大時，子系統(tǒng)在并在低壓電網(wǎng)，供2，4# 廠房設(shè)備供電（自用電比賣電貴）；當廠區(qū)用電量小時，監(jiān)控系統(tǒng)將雙電源切換至升壓系統(tǒng)，子系統(tǒng)并在10KV 電網(wǎng)上賣電產(chǎn)生收益（比停止發(fā)電效益好）。

　　不同模式的切換使得電站系統(tǒng)能運行在最經(jīng)濟狀態(tài)，實現(xiàn)收益最大化。

　　4.3.5 無線監(jiān)控系統(tǒng)

　　集中連片式光伏電站一般采取分散布置集中監(jiān)控的方式，即電站分若干子系統(tǒng)和發(fā)電區(qū)域，每個區(qū)域由若干逆變器及開關(guān)柜組成，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)是將所有逆變器、環(huán)境監(jiān)測儀、逆功率檢測裝置等通過485 通訊電纜連接起來送一至監(jiān)控中心，這種方式一方面增加大量電纜成本和施工工程量，另一方面?zhèn)鬏斁嚯x有限（485 有線傳輸一般為1200m），為解決上述兩大問題，本工程設(shè)置珠海興業(yè)自主研發(fā)的無線通訊監(jiān)控系統(tǒng)。在每個發(fā)電區(qū)域配置一個光伏無線發(fā)射器，通過485 通訊搜集逆變器和各類傳感器數(shù)據(jù)，空中發(fā)送至監(jiān)控中心的接收器，同時接受監(jiān)控中心指令，執(zhí)行相應(yīng)的動作，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的無線監(jiān)控。

　　5. 智能微電網(wǎng)的必然選擇

　　通過第三章3.3 條可知，光伏電站等分布式新能源發(fā)電并網(wǎng)存在并網(wǎng)電能質(zhì)量低、可調(diào)度性差以及安全性能低等重大缺陷。

　　為解決上述問題，由中國興業(yè)太陽能技術(shù)控股有限公司研發(fā)了智能微電網(wǎng)系統(tǒng)。它以交流母線為基礎(chǔ)，由光伏發(fā)電子系統(tǒng)、儲能子系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)、光纖通信、各類智能開關(guān)儀表及負荷組成，智能微電網(wǎng)與大電網(wǎng)通過可控開關(guān)連接，每個光伏子系統(tǒng)并網(wǎng)點設(shè)置相應(yīng)容量的蓄電池儲能系統(tǒng)，通過雙向逆變器與母線聯(lián)接，各類儀表傳感器檢測電網(wǎng)、發(fā)電單元和負載運行數(shù)據(jù)，將其輸送至監(jiān)控中心，由EMS 能量管理系統(tǒng)控制蓄電池的充放電，監(jiān)控中心控制整個微電網(wǎng)的運行狀態(tài)。由其原理圖如下：

　　圖5-1 智能微電網(wǎng)系統(tǒng)原理圖

　　智能微電網(wǎng)的應(yīng)用，能成功解決光伏電站并網(wǎng)的如下問題：

　?、?解決了光伏發(fā)電不穩(wěn)定性。微電網(wǎng)自帶的儲能系統(tǒng)能緩沖光伏發(fā)電因天氣原因引起的出力變化，當光伏發(fā)電功率快速上升時，蓄電池系統(tǒng)拼命“吸入”能量，當光伏發(fā)電功率快速下降時，蓄電池系統(tǒng)立即“釋放”能量，以阻止光伏發(fā)電功率變化過快，解決光伏發(fā)電輸出的不穩(wěn)定性。

　?、?改善了光伏電站并網(wǎng)的電能質(zhì)量。微電網(wǎng)能控制蓄電池和雙向逆變器單元，調(diào)節(jié)其向負載及網(wǎng)絡(luò)提供的無功及有功功率，通過快速吸收和釋放大功率電能解決系統(tǒng)中如電壓聚升、電壓聚降等暫態(tài)問題，從而達到穩(wěn)定電壓水平，提高電能質(zhì)量目的。

　　③ 提高系統(tǒng)帶負載能力，減輕大電網(wǎng)的壓力。微電網(wǎng)系統(tǒng)還能根據(jù)負載需要調(diào)節(jié)儲能單元充放電，吸收尖峰負荷、減少電力驅(qū)動系統(tǒng)對電網(wǎng)的負面影響。同時，智能微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)置智能繼電保護裝置，系統(tǒng)內(nèi)的各類保護裝置參數(shù)可由監(jiān)控中心調(diào)整與修改，從而減小分布電源接入對電網(wǎng)的故障特性的負面影響，并可通過光纖與上級電網(wǎng)通信，調(diào)節(jié)有功與無功輸出，實現(xiàn)光伏電站的可調(diào)度性。

　　由上可以預見，最終，智能微電網(wǎng)是大型光伏屋頂電站并網(wǎng)接入的必然選擇。

　　6. 結(jié)語

　　大型光伏屋頂電站是光伏發(fā)電應(yīng)用成功的典范，它對中國工業(yè)園和光伏業(yè)的發(fā)展都具有積極的推動作用，具有良好的節(jié)能減排示范效益。本文就如題內(nèi)容結(jié)合光伏政策分析了大型光伏屋頂電站的研究意義，剖析了大型屋頂電站的設(shè)計難點，特別是并網(wǎng)設(shè)計及對電網(wǎng)帶來的影響問題，再以湖南九華示范區(qū)20MW 光伏屋頂及智能微電網(wǎng)項目工程為例，展述其設(shè)計思想與過程，總結(jié)方案的創(chuàng)新特點，最后介紹新型智能微電網(wǎng)與大型電站結(jié)合應(yīng)用的優(yōu)勢希望能給今后中國大規(guī)模光伏屋頂電站的應(yīng)用給予一定的指導與參考作用，體現(xiàn)國家金太陽項目良好的示范意義。