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光伏并网发电系统的雷电监控系统研究-避雷防护方案

作者:华保防雷   发布时间:2013-09-05 17:34   点击 1419

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随着人类对能源需求的日益增加,地球上化石能源的储量正日趋枯竭。开发利用可再生能源和各种绿色能源以实现可持续发展,是人类必须采取的措施。太阳能是近年来我国新能源利用领域的发展方向,是符合可持续发展战略的理想的绿色能源。太阳能光伏并网发电是太阳能最主要和最重要的应用,其主要组成部分光伏电站太阳电池阵列均位于户外。因此,为了确保系统可靠和安全地工作,必须解决太阳能光伏并网发电系统的问题。
然而,目前人们尚不能对电加以有效利用,而只能对它采取相应的预防性措施,变被动引为主动引,以减少电带来的各种灾害。我国大部分的楼层建筑,措施一般采用避带、和安装阀型避器等装置。但是,将现行的技术用于太阳能光伏并网发电系统,一方面,由于大面积的太阳电池板已占据了屋面,特别是与建筑材料一体化的光伏屋顶,它们的水、电循环系统都可以成为电的载体,所以,从安全角度考虑,要求有更高性能的避技术才不致于使太阳能光伏并网发电系统及人类受到侵害;另一方面,按传统的避技术,要使整个太阳能光伏并网发电系统都不受电侵袭,必须严格按照技术标准安装避带、避针群等装置,且对间距和高度都有很高的要求。否则,难以保证安全。如何让太阳能光伏并网发电技术和新型避技术有机地结合在一起,组成实用、美观、安全可靠的一体化避系统,是目前亟需研究并解决的重要课题。对光伏并网电站的太阳电池阵列、控制器和逆变器进行多级、综合电防护,是本文研究的重点。

对太阳能光伏并网发电系统的避监控系统来说,主要应防止直击电感应和电波侵入,因此,可以针对不同的电危害方式,采取合适的措施与防护方案。
3.1 对直击的防护
对直击的防护包括对太阳电池阵列和光伏电站厂区的防护。防直击设备主要采用,通过计算,可以合理地选择设备,达到对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护的目的。可见,要对户外的光伏电站太阳电池阵列进行有效防护,问题的关键就是要正确计算太阳电池阵列年预计击次数,以及利用滚球法,计算出需要避的范围,然后选定的型号及其性能指标。
计算公式:n=kngae (1)
式(1)中:k—校正系数;
ng—光伏阵列所处地区击大地的年平均密度(次/km2.a),(其中:ng=0.024td13);
td—年平均暴日数,根据省气象台、站资料确定(d/a);
ae—与光伏阵列截获相同击次数的等效面积(km2)。

(公式2中l、w、h分别为光伏阵列的长、宽、高)
保护半径rx计算公式为:

式(3)中:h—高度;hx—被保护物高度;hr—滚球半径。
3.2 对电感应和电冲击波的防护
通过对太阳能光伏电站可能遭受击事件的概率大小来分析,控制机房内的控制器或逆变器遭损坏的概率最大,分析其原因,都是由于电波侵入造成的。因此,太阳能光伏电站在进行设计时,必须采取有效措施,防止电感应和电波侵入。所以,考虑用等对电感应和电波侵入进行防护。
控制器和逆变器一般采用全户内型,为使光伏电池组件、控制器和逆变器在受到直击和感应时能有可靠的保护,在光伏电池组件支架、控制器和逆变器的非导电体的屋顶上装设环形避带作为保护,并且避带设有数个独立引下线。为了对电感应进行防护,将光伏电站机房内的全部金属物,包括设备金属外壳、机架、金属管道、电缆金属外皮等可靠接地,并且将全部金属物用专用接地线单独接入接地干线。
电波侵入的主要途径是架空导线和光伏阵列到机房的引入线。为此,对避方案进行改进,可以采取多级防护措施对太阳能光伏并网发电系统进行保护。在太阳电池方阵接线箱内安装模块;保持太阳电池方阵接线箱与控制柜间距大于10m;在控制器、逆变器内安装元器件,使其具有保护功能;在交流输出端,改变以往设计中在架空出线杆上安装低压阀式的做法,改用更加灵敏、安全、方便的浪涌保护器模块;件全部安装于防雨防尘的电源箱内,固定在架空出线杆上,防止电波由输电线路进入机房。这样就可以很好地对电波侵入进行有效防护。
可见,在太阳能光伏并网发电系统中,不仅需要考虑对直击的防护,还需要考虑对非直接击(电感应和电波)的防护。与此同时,不仅要知道击的次数,还要知道每次击的强度以及整个系统内各个避装置的工作损坏情况。基于此,设计了上述完善的电监控系统,来保护太阳能光伏并网发电系统的设备和人身安全。

本监控系统的创新点就在于对太阳能光伏并网发电系统的避系统,针对三个组成部分的不同安装位置和各自的特点,对避方案进行综合改进,采用全面、有效的避设计方案,采取多级防护措施,对户内和户外发电设施分别进行有效地保护,确保太阳能光伏并网发电系统的正常工作。
将避监控技术应用于太阳能光伏并网发电系统,通过对户外太阳电池方阵的直击防护与户内控制器和逆变器的非直接击(电感应和电侵入波)的防护,达到使太阳能光伏并网发电系统有效和安全运行的目的。

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