1、高校建筑光伏系统的并网设计方案1.1并网优势并网光伏发电系统通过逆变器将光伏电池组件所发的直 流电逆变成与电网相同频率和电压的交流电，以电压源或电 流源的方式送入电力系统。由于并网光伏系统直接将电能输 入电网，并网系统并不需要蓄电池等储能设备，减少了蓄电 池的投资与损耗，也间接地减少了处理废旧蓄电池产生的污 染，降低了系统运行本钱，是当前光伏电力的主要形式，具 有较高的经济性与环保性。下表3.1为并网、离网、混合光 伏供电系统在本钱、维护、负载匹配及污染程度等方面的对 比分析。表3.1光伏并网系统比照分析并网光伏系离网光伏系混合供电系统中在夜间等特点，整个校区用电负荷处于低谷，接入变电所 的光2、伏发电都有可能会出现电能返回供电电网(逆流)的情况 发生，这种情况对供电局来说是绝对不允许的。因此，必须 采取措施杜绝供电电网逆流发生。解决方法有三种方法：(1)采用防逆流装置可按照全校光伏发电装机容量，适当考虑采用防逆流装 置，会增加投资额度，防逆流装置的控制电缆需从各变电所 敷设至每台逆变器，电缆敷设要穿越多处道路，破坏原有路 面且施工难度非常大。由于逆流的产生只是在学校假期出 现，学生在校期间防逆流装置基本不参与控制，投资利用率 非常低。(2)能源互联网综合管理系统防止逆流学生在校期间各变电所平均用电负荷均较大，基本不会出现逆流现象，为防止一旦出现逆流供电局采取制裁，学校 可采取安装能源3、互联网综合管理系统，系统智能提供逆变器 运行台数。在学校寒暑假期间，可采系统根据实际所需功率 自动调节逆变器台数，保证不发生逆流现象。虽然系统使用 了此方式，但寒、暑假期会出现大量的能源被浪费的现象， 光伏电力并未得到合理利用。(3)采用合理的储能系统。储能技术是指将电能通过特定装置转化成其他形式的能 量储存起来，需要时将储能转化为电力的形式，通常采用以 下两种技术：一、高效的大容量储能技术；二、高效的能量 转化技术。但当前由于材料所具有的特性并未到达实际使用 要求，假设使用得到的最好的介质材料(云母)，储存1KW的 能量需要3.4立方米的电容器组，如果将这个能量储存在油 纸中，那么需要面积将4、达100立方米，且循环寿命短、污染环 境，因此在大规模的光伏电站中依然并未使用。相反，机械 储能（如电池蓄能、压缩空气储能和飞轮储能），因使用周期 长、操作简单、运行稳定，虽机组的单元效率不是很高，但 在局部地区的电力调峰中使用较为广泛。同样电锅炉蓄热在 北方地区可以局部替代燃煤取暖的能量也具有一定的开展 空间。根据实际用能情况分析可知，上海交通大学利用光伏 电力夏季进行电池蓄能、冬季空调采暖是可取的方案。暑假期间电池蓄能电池储能电站利用将电力负荷低谷时的电能充电，在电 力负荷高峰期再释放出电池里的能量。它不仅能将电网负荷 低谷时的未用余电，转化为电网负荷高峰时的高价值电能， 还能对电网起到调5、频、调压、稳定系统周波、减少光伏电站 并网运行对电网的冲击、提高电网运行的平安性的作用，是 电力系统中使用周期长、容量可做大、技术最为成熟、经济 性较低的储能方式，蓄电池储能电站储存能量的释放时间可 以从几小时到几天，综合效率为80%88%之间，它是当今 社会电力系统中较多采用的电力储能形式。故建造小型电池蓄能电站是校园光伏发电工程在暑假期 间提高能源利用率、较少电力浪费的较好途径。开发小型电 池蓄能电站实施的可能性具体表现在以下几个方面：(1)具有充足的变压器容量保证变压器充电容量作为电池蓄能电站运行的前提和基础， 通常在电站的选址过程中，宜选择变压器剩余容量较大的变 电站，假设不能满足系统6、正常运行的需求，由于学校建设过程 中选择的变压器容量通常会有较大阈量，故在学校中建设蓄 能电站的接入点相对容易。(2)具有合适的地形条件电池蓄能电站需要设置一定的空间场地。一般可以用变 电站周边的剩余场地进行建设。目前市面上的电池蓄能电站，每兆瓦的建设面积为400行。小型电池蓄能电站将白天 光伏发电超出的功率存到蓄电池，夜间当光伏电站不发电， 而校园中需要电力供应的时候再发出电力，然后通过变压器 升压输入到配电网中，供负载使用。电站可选址在靠近电网 负荷附近中心的教学区和学生生活区之间，能够方便电能的 传送；同时电站周围具有较好的交通条件，方便施工任务的 展开和后期的系统维护。统统初始本钱最低7、高高运行本钱低高高备用电池（蓄电池）无有有维护几乎免维护需要维护维护较多负载匹配较好差较好噪声无无有污染无有有1.2并网影响光伏发电具有随机性、间歇性和明显周期性的特点，目 前还不能准确预测，不能参与电力平衡进入发电计划安排。光伏发电的电力消纳须按可再生能源法的要求，并网后 由电网公司全额收购。尽管光伏电站在建立前期就对上网电 力进行分配，但由于光伏发电具有间歇性、随机性和周期性 的特征不会完全消失，因此不可防止的对配电网的平安性带 来一定的影响，如电能质量、电力规划、电力调度等变得更 为复杂和较难控制。目前来看，尽管关于做好分布式光伏 发电并网服务工作的意见(暂行)已经公布执行，但电力 主管8、部门对其产生排斥，光伏电力上网仍障碍重重。光伏并 网发电对电网影响主要包括以下几个方面：1.2.1 对电能质量的影响(1)对电压的影响光伏电站电力上网，是在不改变电网电压的前提下，将电流汇入到配电网中，汇入的电流小于负载需求时，是不会 对电网产生影响；反之当汇入的电流大于负载要求时，那么会 给电网电压带来影响，对负载设备带来不平安因数。因此在 对并网系统进行设计时，就需要将光伏电站的电压控制在电 网正常电压的88%100%内，如当光伏电站为小于10KW小 型系统时，它的电压范围就应该控制在212V-264V,电网跳 闸现象那么可最大限度的减少；而对于不能直接并入到380V 低压配电线路的中型和9、大型光伏系统而言，一般会先将产生 的电能通过升压变电器，提升为中、高压然后在接入当地电 网。（2）孤岛效应所谓的孤岛效应就是光伏并网发电系统在并未检测到配 电电网因发生故障或者因需要维修而停电时，依然叫配电网 中的负载供电，形成了一个电力主管部门无法控制的供电孤 岛现象。图4.2发生孤岛效应时的供电状况1.2.2 对配电网的影响(1)继电保护由于现有的电网继电保护装置并未随着光伏电站的投入 使用，而大规模改动，因此当既有的继电保护装置与并联的 电网分支元件发生故障时，就会使继电器产生误判，切断连 接，失去电源。此外继电器的继电保护区也会随着光伏发电 系统功率的加入而产生缩小现象，而使正常工作收10、到影响。(2)供电可靠性并网光伏电站能依靠其独立的发电系统，能够在一定程 度上提高配电系统供电的可靠性，但这并不代表有了光伏就 有了稳定的电力供应。如当在太阳照度较低的阴天，需要电 力的负载因电网的停电和光伏电站的无法工作而被迫停工 的现象。同样当光伏并网发电系统地点选取不正确、与电网 连接的方式不可取时、配置的容量不恰当时，都会阻碍电网 可靠稳定的运行。(3)电能计量光伏并网发电系统将电能注入到电网中，会进行计量。 但传统的电表计量模式还只是单向潮流统计，局部业主为方 便计量直接另加电表，但这既增加了系统投资本钱，又给业 主使用带来不便。(4)孤岛现象孤岛现象可能使电力维修人员产生误判，而造11、成触电身 亡的后果；也可因电网供电恢复时，光伏电网与供电电网之 间存在的电压差，瞬间产生了强大的冲击电流，对电网的设 备和负载带来了严重损坏；其次当太阳能供电系统脱离原有 的配电网后，原来的单相供电模式可能造成其他配电网内出 现双相负载不对称的情形，影响到其他用户的电压质量；再 次当太阳能并网发电系统切换成孤岛方式运行时，如果该供 电系统内无储能元件或其容量太小，会使用户负荷发生电压 闪变。因此，对光伏并网发电系统来说，具有防止孤岛效应 的功能是至关重要。1.2.3 对电网调度的影响当前我国的电场大多是燃煤的火力电站，它以对负荷的 预判而采取定额发电，但并网光伏电站加入使得负荷的预判 更加具有12、多变性和复杂性。如在光伏电站在天气晴好、系统 稳定运行时可将所发的电力送至负载就地消耗掉负载；而在 阴天时作这局部的电力还需电网提供给负载。因此光伏电力 的加入，特别是特大型光伏电站的并网对电网系统的电力调 度的稳定运行带来影响。1.2.4 其他影响除了上述影响之外，光伏并电发电系统在电网运行的经 济性方面也会带来一些负面影响。具体表现在以下方面：(1)配电网为了应对光伏发电系统极端状况的出现一般 会配置额外的设备作为备用，而大多数时候这些设备并未参 与系统运行，而是长时间闲置，这不仅使投资本钱和后期的 维护的工作量出现增长，还会带来供电效益的下降。其中最 明显的例子就是配电变压器和电缆线路在13、电网运行中出现 轻载现象。(2)为应对光伏电站电力上网的波动性，调控光伏电压 及频率，为此会配置一定容量的无功补偿设备。但因蓄能技 术瓶颈尚末突破，导致这局部投资依然昂贵。(3)局部光伏电站的电力输出因不能借用原有的线路，需要架设新的输电线路，但负荷低，导致了这局部输电线路的利用效率很低，因而显得很不经济。解决光伏并网系统的众多问题和影响，需要使光伏并网 系统与常规电网的结合走上智能化的道路，这不仅是需要供 电系统的高效，稳定，更需要用电负载的智能调节和控制。 为此研究和探索适用于上海高校用能特征的光伏电力调度 方式、储能系统和电能智能配送显得尤为重要和突出。1.3光伏局域并网系统与常规电网的智能设计研究1.3.1 寒暑假期间光伏电力并网设计由于教育的特性，寒暑假期间电力需求相比照拟少，而 且校园光伏工程一般在校园配电网内进行并网，未与市电主 要电网相连，只是与并网的建筑内部局部区域的发电网相 连。在正常月份下，虽然光伏工程所发电力能够完全被校园 用电负荷所消耗，但是学校在寒暑假期间，由于教学区、生 活区的主要负荷设备不需要运转，学生生活区的大量用能集