光伏电站的运行和维护

第1页二○一○年十一月光伏并网电站的运行和维护生产运维部一、光伏电站的发电原理•光伏发电是指利用太阳能电池这种半导体电子器件的P-N结光生伏打效应原理有效地吸收太阳光辐射能，通过转换装置使之转变成电能的直接发电方式，是当今太阳光发电的主流，具有可再生、无污染等优势。一、光伏电站的发电原理P-N结的光生伏打效应发电原理光生伏打效应就是当物体受到光照时，其体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。半导体太阳能电池的发电过程概括为4点：1、收集太阳光使之照射到太阳能电池表面。2、太阳能电池吸收具有一定能量的光子，激发出光生载流子——电子-空穴对。3、电性相反的光生载流子在太阳能电池P-N结内建电场的作用下，电子-空穴对被分离，电子集中在一边，空穴集中在另一边，在P-N结两边产生异性电荷的积累，从而产生光生电动势，即光生电压。4、在太阳能电池P-N结两侧引出电极，并接上负载，则在外电路中即有光生电流通过，从而获得功率输出，这样太阳能电池就把太阳能直接转换成了电能二、光伏电站的组成第4页•发电过程•光伏电站是利用一定数量太阳能电池组件串联后接收太阳光将辐射能转换为一定电压（逆变器额定电压）和电流的直流电，再将若干电池组串在汇流箱内进行并联以提高电流，并联后电流达到逆变器额定电流的数个汇流箱接入一台并网逆变器，通过并网逆变器将电池组件发出的直流电逆变成符合电网需求的交流电，经过配电装置后接入电站升压变压器，通过变压器将电压升高至符合电网要求的电压等级后，并入电网。•组成设备•主要设备包括电池组件、汇流箱、逆变器、高低压配电装置和变压器等。二、光伏电站的组成电池组件汇流箱高低压配电柜逆变器变压器电网三、光伏电站的主要设备及其功能1、电池组件太阳能电池的基本单元是“电池片”，一定数量的电池片通过封装工艺串联在一起形成电池组件。三、光伏电站的主要设备及其功能1、电池组件目前光伏电站常用的电池组件有以下三种：单晶硅电池组件：光电转换效率为15%左右，最高的达到24％，是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，坚固耐用，使用寿命最高可达25年，但制作成本高。多晶硅电池组件：制作工艺与单晶硅电池相近，光电转换效率约12％左右，制作成本比单晶硅电池低，但寿命比单晶硅电池短。非晶硅电池组件：是新型薄膜式电池组件，制作工艺与单晶硅和多晶硅电池的完全不同，制作成本低。弱光性能优于晶硅电池。但光电转换效率偏低，且衰减较快。三、光伏电站的主要设备及其功能•光伏防雷汇流箱安装于太阳能电池方阵阵列内，它的主要作用是将太阳能电池组件串的直流电缆，接入后进行汇流，再与并网逆变器或直流防雷配电柜连接，以方便维修和操作。•汇流箱一般具有如下功能和要求：a)防护等级一般为IP65，防水、防灰、防锈、防晒、防盐雾，满足室外安装的要求；b)可同时接入多路电池串列，并可承受电池串列开路电压；c)直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器；d)可对输入、输出电流、电压及箱内温度进行监测。2、光伏防雷汇流箱-电池串列1(-)电池串列2(-)--电池串列4(-)电池串列3(-)-电池串列5(-)电池串列6(-)--电池串列6(+)电池串列5(+)电池串列3(+)电池串列4(+)电池串列2(+)断路器-+高压熔丝光伏阵列防雷汇流箱电池串列1(+)接地直流输出(+)直流输出(-)防雷器汇流箱的电气原理框图如下图所示上图所示之光伏阵列防雷汇流箱为6路输入，针对具体设计情况需求，输入电池串列可相应增加或减少。三、光伏电站的主要设备及其功能3、并网逆变器光伏并网逆变器（下称逆变器）是光伏发电系统中的核心设备。逆变器将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。逆变器是进行能量转换的关键设备，其效率指标等电气性能参数，将直接影响电站系统发电量。三、光伏电站的主要设备及其功能3、并网逆变器逆变器满足以下要求：a)并网逆变器的功率因数和电能质量应满足电网要求。b)逆变器额定功率应满足用于海拔高度的要求，其内绝缘等电气性能满足要求。c)逆变器使用太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)。d)逆变器具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过温保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护功能等。三、光伏电站的主要设备及其功能4、高低压配电装置高、低压配电装置主要用于控制站内电能的通、断，分配及交换，一般有380V、10KV、35KV等电压等级。三、光伏电站的主要设备及其功能5、变压器变压器是一种静止的电器，它利用电磁感应原理把交流电压转换成相同频率的另一种交流电压。其结构的主要部分是两个（或两个以上）互相绝缘的绕组，套在一个共同的铁芯上，两个绕组之间通过磁场而耦合，但在电的方面没有直接联系，能量的转换以磁场为媒介。在两个绕组中，把接到电源的一个称为一次绕组，建成原方（或原边），而把接到负载的一个称为二次绕组，简称副方（或副边）。当原方接到交流电源时，在外施电压作用下，一次绕组中通过交流电流，并三、光伏电站的主要设备及其功能5、变压器变压器按相数区分可以分为三相变压器和单相变压器；按绕组数目来区分，可以分为两绕组和三绕组变压器；按冷却介质分，可以分为油浸式变压器、干式变压器（空气冷却式）以及水冷式变压器。在铁芯中产生交变磁通，其频率和外施电压的频率一致，这个交变磁通同时交链者一次、二次绕组，根据电磁感应定律，交变磁通在原、副绕组中感应出相同频率的电势，副方有了电势便向负载输出电能，实现了能量的转换。利用一次、二次绕组匝数的不同及不同的绕组联接法，可使原、副方有不同的电压、电流和相数。四、光伏电站的运行•光伏发电是将太阳辐射能直接转化为电能，不依靠其他介质的物理或化学变化。因此其运行方式比较其他传统能源简单许多。并网逆变器根据电池组件接收太阳辐射产生的电流大小自动并网或断开，实现了电站并网和解列的自动进行。•光伏电站的运行值班方式通常采取两值运转，轮班时间根据电站所处的地域进行确定。•光伏电站的运行人员数量根据电站容量的大小确定，每值设值长一人。光伏电站运行的特点四、光伏电站的运行光伏电站运行的主要工作：监视电站设备的主要运行参数、统计电站发电量、接受电网调度指令巡视检查电站设备的状态，检查电池组件、支架的完好和污染程度、检查电气设备的运行情况。根据电网调度指令和检修工作要求进行电气设备停送电倒闸操作。五、光伏电站的日常维护1）光伏组件表面应保持清洁，应使用干燥或潮湿的柔软洁净的布料擦拭光伏组件，严禁使用腐蚀性溶剂或用硬物擦拭光伏组件；应在辐照度低于200W/m2的情况下清洁光伏组件，不宜使用与组件温差较大的液体清洗组件；1、组件和支架的维护：2）光伏组件应定期检查，若发现下列问题应立即调整或更换光伏组件：a）光伏组件存在玻璃破碎、背板灼焦、明显的颜色变化；b）光伏组件中存在与组件边缘或任何电路之间形成连通通道的气泡；c）光伏组件接线盒变形、扭曲、开裂或烧毁，接线端子无法良好连接。3）光伏组件上的带电警告标识不得丢失。五、光伏电站的日常维护5）在无阴影遮挡条件下工作时，在太阳辐照度为500W/m2以上，风速不大于2m/s的条件下，同一光伏组件外表面（电池正上方区域）温度差异应小于20℃。装机容量大于50kWp的光伏电站，应配备红外线热像仪，检测光伏组件外表面温度差异。6）使用直流钳型电流表在太阳辐射强度基本一致的条件下测量接入同一个直流汇流箱的各光伏组件串的输入电流，其偏差应不超过5%。7）支架的所有螺栓、焊缝和支架连接应牢固可靠，表面的防腐涂层，不应出现开裂和脱落现象，否则应及时补刷。1、组件和支架的维护：4）使用金属边框的光伏组件，边框和支架应结合良好，两者之间接触电阻应不大于4Ω，边框必须牢固接地。五、光伏电站的日常维护1)直流汇流箱不得存在变形、锈蚀、漏水、积灰现象，箱体外表面的安全警示标识应完整无破损，箱体上的防水锁启闭应灵活；2、汇流箱的维护：2)直流汇流箱内各个接线端子不应出现松动、锈蚀现象；3)直流汇流箱内的高压直流熔丝的规格应符合设计规定；4)直流输出母线的正极对地、负极对地的绝缘电阻应大于2兆欧。5)直流输出母线端配备的直流断路器，其分断功能应灵活、可靠。6)直流汇流箱内防雷器应有效。五、光伏电站的日常维护2、直流配电柜的维护：1）直流配电柜不得存在变形、锈蚀、漏水、积灰现象，箱体外表面的安全警示标识应完整无破损，箱体上的防水锁开启应灵活；2）直流配电柜内各个接线端子不应出现松动、锈蚀现象；3）直流输出母线的正极对地、负极对地的绝缘电阻应大于2兆欧；4）直流配电柜的直流输入接口与汇流箱的连接应稳定可靠；5）直流配电柜的直流输出与并网主机直流输入处的连接应稳定可靠；6）直流配电柜内的直流断路器动作应灵活，性能应稳定可靠；7）直流母线输出侧配置的防雷器应有效。五、光伏电站的日常维护3、逆变器的维护：1）逆变器结构和电气连接应保持完整，不应存在锈蚀、积灰等现象，散热环境应良好，逆变器运行时不应有较大振动和异常噪声；2）逆变器上的警示标识应完整无破损；3）逆变器中模块、电抗器、变压器的散热器风扇根据温度自行启动和停止的功能应正常，散热风扇运行时不应有较大振动及异常噪音，如有异常情况应断电检查。4）定期将交流输出侧（网侧）断路器断开一次，逆变器应立即停止向电网馈电。5）逆变器中直流母线电容温度过高或超过使用年限，应及时更换。五、光伏电站的日常维护4、交流配电柜的维护：3）母线接头应连接紧密，无变形，无放电变黑痕迹，绝缘无松动和损坏，紧固联接螺栓无生锈；4）手车、抽出式成套配电柜推拉应灵活，无卡阻碰撞现象；动静头与静触头的中心线应一致，且触头接触紧密；5）配电柜中开关，主触点无烧溶痕迹，灭弧罩无烧黑和损坏，紧固各接线螺丝，清洁柜内灰尘。1）确保配电柜的金属架与基础型钢应用镀锌螺栓完好连接，且防松零件齐全；2）配电柜标明被控设备编号、名称或操作位置的标识器件应完整，编号应清晰、工整；五、光伏电站的日常维护6）把各分开关柜从抽屉柜中取出，紧固各接线端子。检查电流互感器、电流表、电度表的安装和接线，手柄操作机构应灵活可靠性，紧固断路器进出线，清洁开关柜内和配电柜后面引出线处的灰尘。4、交流配电柜的维护：7）低压电器发热物件散热应良好，切换压板应接触良好，信号回路的信号灯、按钮、光字牌、电铃、电筒、事故电钟等动作和信号显示应准确。8）检验柜、屏、台、箱、盘间线路的线间和线对地间绝缘电阻值，馈电线路必须大于0.5MΩ；二次回路必须大于1MΩ。五、光伏电站的日常维护5、变压器维护：1）变压器的温度计应完好，油温应正常，储油柜的油位应与环境温度相对应，各部位无渗、漏油。每台变压器负荷大小、冷却条件及季节可能不同，运行中的变压器不能单纯以上层油温不超过允许值为依据，还应根据以往运行经验及在上述情况下与上次的油温比较。2）套管油位应正常，套管外部无破损裂纹、无严重油污、无放电痕迹及其它异常现象，油质应为透明、微带黄色，由此可判断油质的好坏。油面应符合周围温度的标准线，如油面过低应检查变压器是否漏油等。油面过高应检查冷却装置的使用情况，是否有内部故障。3）变压器音响应正常。正常运行时一般有均匀的嗡嗡电磁声。如声音有所异常，应细心检查，作出正确判断，并立即进行处理五、光伏电站的日常维护5、变压器维护：4）变压器引线应无断股，接头应无过热变色或示温片熔化（变色）现象，呼吸器应完好，矽胶变色程度不应超过3/4。5）有励磁调压分接开关的分接位置及电源指示应正常；瓦斯继电器内应无气体；变压器外壳接地、铁芯接地应完好等。6）恶劣天气时，应重点进行特殊检查。大风时，检查引线有无剧烈摆动，弧垂是否足够，变压器顶盖、套管引线处应无杂物；大雪天，各部触点在落雪后，不应立即熔化或有放电现象；大雾天，各部有无火花放电现象等等。五、光伏电站的日常维护6、电缆的维护：1）电缆不应在过负荷的状态下运行，电缆的铅包不应出现膨胀、龟裂现象；2）电缆在进出设备处的部位应封堵完好，不应存在直