光伏发电设备及基本原理

1、光伏组件：

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。

2、汇流箱

交/ 直流支路汇集、传输，电流/电压采集

3、集中式逆变器

       集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。因此，逆变器的功率都相对较大。光伏电站中一般采用500kW以上的集中式逆变器。
（一）集中式逆变器的优点如下：
1.功率大，数量少，便于管理；元器件少，稳定性好，便于维护；
2.谐波含量少，电能质量高；保护功能齐全，安全性高；
3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
（二）集中式逆变器存在如下问题：
1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄，不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，组件配置不灵活；
2.集中式逆变器占地面积大，需要专用的机房，安装不灵活；
3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。

4、组串式逆变器

        光伏组串直接接入逆变器，单台容量一般在100kW以下。组串式并网逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，不需要专业工具和设备，也不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。

2. 组串式逆变器MPPT电压范围宽，一般为250-800V，组件配置更为灵活。在阴雨天，雾气多的地区，发电时间长。

3. 组串式逆变器采用模块化设计，直流端具有多路MPPT功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。

组串式逆变器劣势

1. 多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器THDI可以控制到2%以上，但如果超过40台逆变器并联时，总谐波会迭加，而且较难抑制，容易产生谐振。

2. 电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一块板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差。功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。

5、箱式变压器

        箱变作用：逆变器将直流逆变为交流后，电压通常为270V~800V，将若干逆变器交流电流汇集后，升压至35kV（10kV），再通过集电线路将电能送出。通常一个光伏区，配备一台箱变。

我们常用的组合式美式箱变是将变压器器身、高压负荷开关、熔断器等元件一同放在变压器油箱内,因浸在油中,元件体积大为缩小,结构更为紧凑,安装方便、灵活。

对于集中式逆变器，配备箱变低压侧采用双分裂绕组，每个低压绕组接入一台逆变器，低压侧有两个断路器。

对于组串式逆变器，配备双绕组变压器，低压侧只有一个绕组，故低压侧只有一台断路器。

6、高压开关柜

在光伏电力系统中起通断、控制或保护等作用。

主要由：断路器、隔离刀闸（小车）、接地刀闸、五防机构、电流/电压互感器、保护测控装置、操控装置、指示仪表、一、二次回路及相关辅助设施构成。

断路器作为其核心元件，可用于开断故障电流。

根据灭弧介质，可分为真空断路器及 SF6断路器。

7、SVG动态无功补偿装置

        SVG作用：稳定系统电压、提升功率因素、降低电网谐波、改善电能质量。

可分为：直挂式、降压式。

        对于直挂机型，通过电抗器与中高压母线直接连接，节约了变压器昂贵的造价成本，但是模块数量的增加，使整机系统成本上升。

        进行成本对比，对于10 MVar以上的机型，采用直挂方案，成本比较有优势。对于10 MVar以下的机型，采用降压方案，成本比较有优势。

        相对于相同无功配置容量来讲，直挂机型由于无变压器迟滞作用，响应速度相比较降压机型更快。

       从能耗及后期维护程度来说，各有优缺点。

     冷却方式：风冷外循环、水冷内循环

8、接地变压器

        10kV/ 35kV电网中一般都采用中性点不接地的运行方式。接地变压器的作用是为中性点不接地的系统提供一个人为的中性点，便于采用消弧线圈或小电阻的接地方式，以减小配电网发生接地短路故障时的对地电容电流大小，提高配电系统的供电可靠性

特点：高压侧Z型接线，零序阻抗很小，

消弧补偿电流容易流通

中性点经消弧线圈接地

优点：发生单相接地，可抑制接地点电容电流，系统线电压不变，允许可运行2小时；缺点：不能快速找到故障线路

中性点经小电阻接地

优点：快速定位、切除故障线路

缺点：接地故障电流相对较大。

9、综自监控系统

通过计算机系统，

可查看全站设备的运行状态

如：电流、电压、通讯、位置等信息

发生异常时，发出告警：

画面闪动、颜色变化、声音告警

推送事故报文

提醒值班人员及时检查设备

设备远程遥控操作功能；

常用的有南瑞、南自、四方 等厂家

10、AGC、AVC系统

自动有无/无功控制系统

根据调度指令，对电站逆变器、SVG装置进行有功、无功功率进行调节

对调节的精度及响应时间均有相关要求

11、光功率预测系统

      预测系统就是将天气预报数据和环境检测仪所采集的数据加以分析，最后将生成的数据文件通过非实时交换机发送给省调。省调接收数据文件，入库并加以分析，得到该站的日常发电情况。便于对该地区整个新能源发电的集中管控。  目前做预测系统比较不错的厂家有国能日新、南瑞继保、东润环能等。

（Matériel de production d'énergie photovoltaïque et principes de base

1. Module photovoltaïque:



Le principe principal de la production d'énergie photovoltaïque est l'effet photoélectrique des semi - conducteurs. Selon le principe de l'effet photovoltaïque, la cellule solaire est utilisée pour convertir directement l'énergie solaire en énergie électrique. Le dispositif de base de la conversion photoélectrique est la cellule solaire.



2. Combination box



Collecte et transmission des branches AC / DC, acquisition de courant / tension



3. Onduleur centralisé



Comme son nom l'indique, l'onduleur centralisé convertit le transfert de courant continu généré par les modules photovoltaïques en courant alternatif pour augmenter la tension et se connecter au réseau. Par conséquent, la puissance de l'onduleur est relativement grande. L'onduleur centralisé de plus de 500 kW est généralement utilisé dans les centrales photovoltaïques.

Les avantages de l'onduleur centralisé sont les suivants:

1. Grande puissance, petite quantité, facile à gérer; Moins de composants, une bonne stabilité et un entretien facile;

2. Faible teneur en harmoniques et haute qualité de puissance; Fonctions de protection complètes, haute sécurité;

3. Avec la fonction de régulation du facteur de puissance et la fonction de passage à basse tension, la régulation du réseau électrique est bonne.

L'onduleur centralisé présente les problèmes suivants:

1. La plage de tension MPPT de l'onduleur centralisé est étroite et ne peut pas surveiller l'état de fonctionnement de chaque composant de circuit, de sorte qu'il est impossible de placer chaque composant de circuit au meilleur point de fonctionnement et que la configuration des composants n'est pas flexible;

2. L'onduleur centralisé occupe une grande superficie et nécessite une salle informatique spéciale, de sorte qu'il ne peut pas être installé de façon flexible;

3. La consommation d'énergie de l'auto - consommation et de la ventilation et de la dissipation de chaleur de la salle des machines est importante.



4. Onduleur de série



Les groupes photovoltaïques sont connectés directement à l'onduleur en série et la capacité d'un seul ensemble est généralement inférieure à 100 kW. L'onduleur série connecté au réseau a un petit volume, un poids léger, une manipulation et une installation très pratiques, n'a pas besoin d'outils et d'équipements professionnels, n'a pas besoin d'une salle de distribution spéciale, peut simplifier la construction et réduire l'occupation des sols dans diverses applications, et n'a pas besoin d'une boîte de jonction DC et d'une armoire de distribution DC pour la connexion de ligne DC. En outre, la série de groupes présente les avantages d'une faible consommation d'énergie, d'un faible impact des défaillances et d'un remplacement et d'un entretien pratiques.



2. La gamme de tension MPPT de l'onduleur série est large, généralement 250 - 800V, et la configuration des composants est plus flexible. Par temps pluvieux et brumeux, la production d'électricité prend beaucoup de temps.



3. La conception modulaire est adoptée pour l'onduleur en série. L'extrémité en courant continu a la fonction MPPT multicanal, et l'extrémité en courant alternatif est connectée au réseau en parallèle. L'avantage de l'onduleur en série n'est pas affecté par la différence entre les modules en série et l'occlusion de l'ombre. En même temps, l'inadéquation entre le point de fonctionnement optimal des modules de cellules photovoltaïques et l'onduleur est réduite et la production d'énergie est augmentée dans la



Inconvénients de l'onduleur en série



1. Lorsque plusieurs onduleurs sont connectés en parallèle, l'harmonique totale est élevée et le thdi d'un seul onduleur peut être contrôlé à plus de 2%. Cependant, si plus de 40 onduleurs sont connectés en parallèle, l'harmonique totale sera superposée, et il est difficile de supprimer et facile de générer la résonance.



2. Il y a beaucoup de composants électroniques, les composants de puissance et les circuits de signal sont sur la même carte, de sorte que la conception et la fabrication sont difficiles et la fiabilité est un peu faible. Le dégagement électrique des dispositifs électriques est faible et ne convient pas aux zones de haute altitude.



5. Transformateur de type boîte



Fonction du transformateur de boîte: après que l'onduleur Convertit l'onduleur en courant continu en courant alternatif, la tension est généralement de 270v ~ 800V. Après avoir recueilli le courant alternatif de plusieurs onduleurs, augmenter la tension à 35kV (10kV), puis envoyer l'énergie électrique par la ligne de collecte. Habituellement une zone photovoltaïque avec un transformateur de boîte.



Le transformateur de type combiné américain couramment utilisé est de placer le corps du transformateur, l'interrupteur de charge haute tension, le fusible et d'autres composants dans le réservoir d'huile du transformateur ensemble. En raison de l'immersion dans l'huile, le volume des composants est considérablement réduit, la structure est plus compacte, l'installation est pratique et flexible.



Pour les onduleurs centralisés, le côté basse tension du transformateur de boîte est équipé d'enroulements à double division, chaque enroulement basse tension est relié à un onduleur, et le côté basse tension a deux disjoncteurs.



Pour l'onduleur en série, un transformateur à double enroulement est fourni avec un seul enroulement du côté basse tension, de sorte qu'il n'y a qu'un seul disjoncteur du côté basse tension.



6. Appareillage de commutation haute tension



Dans le système d'alimentation photovoltaïque, il joue un rôle de coupure, de commande ou de protection.



Il se compose principalement d'un disjoncteur, d'un interrupteur de couteau d'isolement (chariot), d'un interrupteur de couteau de mise à la terre, de cinq mécanismes de prévention, d'un transformateur de courant / tension, d'un dispositif de protection, de mesure et de commande, d'un dispositif de commande, d'instruments Indicateurs, de circuits primaires et secondaires et d'installations auxiliaires connexes.



En tant qu'élément central, le disjoncteur peut être utilisé pour débrancher le courant de défaillance.



Selon le milieu d'extinction d'arc, il peut être divisé en disjoncteur à vide et disjoncteur SF6.



7. SVG Dynamic Reactive Power Compensation Device



Fonction SVG: stabiliser la tension du système, augmenter le facteur de puissance, réduire les harmoniques du réseau électrique et améliorer la qualité de l'énergie.



Il peut être divisé en: type de suspension directe, type de chute de tension.



En ce qui concerne le modèle de pendaison directe, le coût élevé du transformateur est économisé par la connexion directe entre le réacteur et le bus à moyenne et haute tension, mais le coût de l'ensemble du système est augmenté par l'augmentation du nombre de modules.



En comparant les coûts, pour les modèles de plus de 10 mvar, le système de suspension directe présente des avantages. Pour les modèles de moins de 10 mvar, l'adoption d'un système de dépressurisation présente un avantage sur le plan des coûts.



En raison de l'absence d'hystérèse du transformateur, la vitesse de réponse du modèle de suspension directe est plus rapide que celle du modèle de descente.



Du point de vue de la consommation d'énergie et de l'entretien ultérieur, chacun présente des avantages et des inconvénients.



Mode de refroidissement: circulation externe refroidie à l'air et circulation interne refroidie à l'eau



8. Transformateur de mise à la terre



Le mode de fonctionnement neutre sans mise à la terre est généralement utilisé dans le réseau électrique de 10 kV / 35 KV. La fonction du transformateur de mise à la terre est de fournir un point neutre artificiel pour le système dont le point neutre n'est pas mis à la terre, ce qui facilite l'adoption d'une bobine de suppression d'arc ou d'un mode de mise à la terre à faible résistance, afin de réduire le courant du condensateur de Mise à la terre en cas de défaillance du court - circuit de mise à la terre dans le réseau de distribution et d'améliorer la fiabilité de l'alimentation électrique du système de distribution.



Caractéristiques: câblage de type Z du côté haute tension, faible impédance de séquence nulle,



Le courant de compensation de l'extinction d'arc est facile à écouler



Point neutre mis à la Terre par bobine de suppression d'arc



Avantages: la mise à la terre en une seule phase peut supprimer le courant capacitif de mise à la terre, la tension de la ligne du système reste inchangée et peut fonctionner pendant 2 heures; Inconvénients: impossible de localiser rapidement la ligne défectueuse



Le point neutre est mis à la Terre par une faible résistance



Avantages: positionnement rapide, coupure de la ligne défectueuse



Inconvénients: le courant de défaillance au sol est relativement élevé.



9. Système intégré de surveillance et de contrôle



Grâce à un système informatique,



L'état de fonctionnement de l'équipement de la station peut être visualisé



Par exemple: courant, tension, communication, position, etc.



En cas d'anomalie, une alarme est donnée:



Flash d'image, changement de couleur, alarme sonore



Pousser le message d'accident



Rappeler au personnel de service de vérifier l'équipement en temps opportun



Fonction de télécommande de l'équipement;



Les fabricants couramment utilisés sont nanrui, Nanzi, Sifang, etc.



10. AGC, système AVC



Système automatique de contrôle actif / passif



Régler la puissance active et réactive de l'onduleur et du dispositif SVG de la centrale électrique conformément aux instructions de répartition.



Il existe des exigences relatives à la précision du réglage et au temps de réponse.



11. Système de prévision de la Puissance optique



Le système de prévision consiste à analyser les données météorologiques et les données recueillies par l'instrument de surveillance de l'environnement, puis à envoyer le fichier de données généré à l'inspecteur provincial par l'intermédiaire d'un commutateur non en temps réel. L'expédition provinciale reçoit les fichiers de données, les stocke et les analyse pour obtenir la production quotidienne d'électricité de la station. Faciliter le contrôle centralisé de l'ensemble de la production d'énergie nouvelle dans la région. À l'heure actuelle, le système de prévision est relativement bon pour les fabricants tels que GUONENG rixin, nanrui Jibao, Dongrun Huaneng, etc.
）