一种光伏发电优化布置系统[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 211579597 U(45)授权公告日 2020.09.25

(21)申请号 202020380692.8(22)申请日 2020.03.23

(73)专利权人 广东电网有限责任公司珠海供电

局

地址 519000 广东省珠海市香洲翠香路296

号

专利权人 中国能源建设集团广东省电力设

计研究院有限公司(72)发明人 刘尧　杨昆　郭芳　谭喆　陈冰　

刘仁亮　简翔浩　陈勇　陆子楷　刘超　(74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限

公司 44202

代理人 郭浩辉　麦小婵

权利要求书1页 说明书5页 附图4页

(51)Int.Cl.

H02J 1/12(2006.01)H02S 40/30(2014.01)H02S 40/34(2014.01)H02S 20/22(2014.01)H02H 9/02(2006.01)H02H 7/22(2006.01)

(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利

CN 211579597 U()实用新型名称

一种光伏发电优化布置系统(57)摘要

本实用新型提出了一种光伏发电优化布置

光伏组件、直流汇流箱、光伏并网DC/系统，包括：

DC装置、直流计量柜和直流配电柜；直流计量柜和直流配电柜均设置在直流配电房的内部，光伏组件、直流汇流箱和光伏并网DC/DC装置均设置在直流配电房的屋面上；光伏组件与直流汇流箱相连，直流计量柜通过第一电缆与直流配电柜连接，光伏并网DC/DC装置通过第二电缆与直流计量柜连接，直流汇流箱通过第三电缆与光伏并网DC/DC装置连接；本实用新型实现不增加额外的电气设备的情况下，可以降低极间短路时光伏并网DC/DC装置提供短路电流的幅值和上升率，并且降低光伏并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。

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权　利　要　求　书

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1.一种光伏发电优化布置系统，其特征在于，包括：光伏组件、直流汇流箱、光伏并网DC/DC装置、直流计量柜和直流配电柜；

所述直流计量柜和所述直流配电柜均设置在直流配电房的内部，所述光伏组件、所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在所述直流配电房的屋面上；所述光伏组件与所述直流汇流箱相连，所述直流计量柜通过第一电缆与所述直流配电柜连接，所述光伏并网DC/DC装置通过第二电缆与所述直流计量柜连接，所述直流汇流箱通过第三电缆与所述光伏并网DC/DC装置连接。

2.如权利要求1所述的光伏发电优化布置系统，其特征在于，所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离小于10m；所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在直流配电房的屋面。

3.如权利要求1或2所述的光伏发电优化布置系统，其特征在于，所述直流计量柜和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离大于100m，所述直流计量柜布置在直流配电房的内部，所述光伏并网DC/DC装置布置在直流配电房的屋面。

4.如权利要求1所述的光伏发电优化布置系统，其特征在于，所述第一电缆的长度小于第二电缆的长度。

5.如权利要求1所述的光伏发电优化布置系统，其特征在于，所述第三电缆的长度小于第二电缆的长度。

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一种光伏发电优化布置系统

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技术领域

[0001]本实用新型涉及电力布置结构领域，尤其涉及一种光伏发电优化布置系统。背景技术

[0002]随着化石能源短缺的问题日益凸显，光伏发电技术作为一种可再生的电源技术，得到了快速发展。光伏发电系统是利用太阳电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能，并与公用电网有电气连接的发电系统。其与公用电网的连接可采用交流形式，也可采用直流形式。由于光伏系统采用直流接入具有更高的能效，随着直流配电系统的推广应用，可以预见分布式光伏系统未来将更多采用直流形式接入直流配电网。[0003]由于现阶段直流电网尚未全面普及，光伏直流并网DC/DC装置成熟的产品类型尚不齐全，大多需要定制，且价格昂贵，因此，目前直流并网的分布式光伏多采用户内集中并网方式，以节约并网装置的费用。[0004]以屋面光伏为例，现有技术一，通常将光伏组件置于屋面，经直流汇流箱在屋面汇流后，通过电缆引入放置于直流配电房的光伏并网DC/DC并网装置，然后经过直流计量，最后接入直流配电柜，如图1所示。这种现有技术的布置方案采用户内安装的集中式DC/DC装置，安装方便，易于实现，现阶段被广泛使用。由图1所示的布置图可画出分布式光伏发电系统直流并网主电路图如图2 所示。

[0005]图3所示是一种常用的光伏发电系统直流并网DC/DC换流器拓扑结构，光伏阵列输出的电能经低压侧(或高压侧)接入，高压侧(或低压侧)与直流电网并联。当发生馈线极间短路时，例如图2所示的f2或f3、f4短路时，在图1 所示的布置方式下，图2中的电缆L1、电缆L2均较短(一般不超过5m)，因此，光伏并网DC/DC换流器的端口电容两端电压将在短路故障瞬间降低至极低值，电容器将快速放电产生极大的放电电流，从而对整个系统的保护、整定等产生严重影响。

[0006]图4所示是电缆L1于电缆L2总长为10m时，0.5s时刻f3发生故障，光伏发电系统的输出电流波形。可见，在故障发生瞬间，DC/DC端口电容器快速放电，光伏发电系统的输出电流迅速上升，约经过0.5ms后达到峰值3.08kA，为额定运行电流的9.6倍，约4.9ms后故障电流下降到极低值，随后开始震荡，约50ms 后震荡结束，短路电流全部由光伏阵列提供，稳定在0.45kA。仿真中采用的参数如下：系统额定电压为UPV＝750v，假设光照强度恒定，稳定恒定，光伏正常运行下输出电流为0.32kA，短路电流0.45kA，DC/DC换流器出口处电容大小 CPV＝3000uF。

[0007]由此仿真计算结果可见，现有技术一的缺点主要有以下几个方面：1、由于光伏并网DC/DC装置距离直流配电柜太近，电气距离短，阻抗小，当馈线极间短路时，并网DC/DC装置的端口电容都将快速放电而提供极大的短路电流，极易引发保护误动，甚至损坏设备。2、任何极间馈线短路，都会导致并网DC/DC 装置快速放电提供极大的短路电流，因此对于馈线较多的场合，并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率将大幅增加。[0008]针对现有技术一的过电流问题，现有技术二中采用如图5所示的串联限流电抗器

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的方法对过电流进行抑制，即在光伏并网DC/DC变流器出口串联限流电抗器，以减缓电容器放电的速度，降低故障电流上升率及峰值。图6所示是正负极各串联1mh限流电抗器后，0.5s时刻f3故障时光伏发电系统的输出电流波形，短路电流的峰值延迟到4.8ms后出现，并且峰值电流降低至1.25kA，约降低峰值电流59.4％；约29ms后故障电流下降到极低值，随后DC/DC换流器端口电容与限流电抗器、线路电抗等形成振荡回路，短路电流在0.45kA附近持续振荡。图6与图4比较可见串联限流电抗器后故障电流的峰值、短路电流的上升率及端口电容的放电速度都得到抑制。

[0009]现有技术二运用的串联限流电抗原理简单、易实现、效果明显，是目前工程中普遍采用的方法。但此方法也存在以下几个缺点：1、限流电抗器选型困难。铁芯电抗器在大电流下容易饱和而失去限流作用；空芯电抗器漏磁大，容易对周边设备造成影响，且体积大，需要较大的占地面积。2、增加了一次设备，使得项目成本、占地等都相应增加。尤其当额定电流较大时，为方便电抗器散热，电抗器体积较大。3、限流电抗器的电感值不宜确定。感值太小，限流效果不明显，感值太大，电抗器体积较大，且易造成系统失稳。另外，电抗器还可能与系统中的电容器等产生谐振。[0010]因此，目前市面上亟需一种布置方案，实现不增加额外的电气设备的情况下，可以降低极间短路时光伏并网DC/DC装置提供短路电流的幅值和上升率，并且降低光伏并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。

实用新型内容

[0011]本实用新型提供了一种光伏发电优化布置系统，实现不增加额外的电气设备的情况下，可以降低极间短路时光伏并网DC/DC装置提供短路电流的幅值和上升率，并且降低光伏并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。[0012]为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种光伏发电优化布置系统，包括：光伏组件、直流汇流箱、光伏并网DC/DC装置、直流计量柜和直流配电柜；[0013]所述直流计量柜和所述直流配电柜均设置在直流配电房的内部，所述光伏组件、所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在所述直流配电房的屋面上；所述光伏组件与所述直流汇流箱相连，所述直流计量柜通过第一电缆与所述直流配电柜连接，所述光伏并网DC/DC装置通过第二电缆与所述直流计量柜连接，所述直流汇流箱通过第三电缆与所述光伏并网DC/DC装置连接。[0014]作为优选方案，所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离小于10m；所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在直流配电房的屋面。[0015]作为优选方案，所述直流计量柜和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离大于100m，所述直流计量柜布置在直流配电房的内部，所述光伏并网DC/DC装置布置在直流配电房的屋面。

[0016]作为优选方案，所述第一电缆的长度小于第二电缆的长度。[0017]作为优选方案，所述第三电缆的长度小于第二电缆的长度。[0018]相比于现有技术，本实用新型实施例具有如下有益效果：[0019]1、本实用新型技术方案通过将光伏并网DC/DC装置设置在屋面，并将直流计量柜和直流配电柜均设置在直流配电房的内部，使得光伏并网DC/DC装置和直流计量柜的连接

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距离变长，即第二电缆变长，能有效降低短路电流幅值和上升率，仅对光伏并网DC/DC装置出口侧极间故障无效，因此，可大大减小光伏并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。[0020]2、通过增加第二电缆的长度，可有效降低短路电流幅值及上升率，起到近似于串联限流电抗器的效果。[0021]3、将光伏并网DC/DC装置布置在靠近光伏组件的区域，可有效增大第二电缆的长度，减小第三电缆的长度，第一电缆、第二电缆、第三电缆的总长度不变，不用额外增加电缆费用和电缆损耗。

附图说明

[0022]图1：为现有技术一的光伏发电系统布置结构示意图；[0023]图2：为现有技术一的光伏发电系统直流并网主电路图；[0024]图3：为现有技术一的DC/DC换流器拓扑结构示意图；[0025]图4：为现有技术一中电缆L1、L2总长为10m时，馈线极间短路时光伏发电系统的输出电流波形图；[0026]图5：为现有技术二的串联限流电抗法原理图；[0027]图6：为现有技术二中加入2mH故障限流器后馈线极间短路时光伏发电系统的输出电流波形图；[0028]图7：为本实用新型实施例中电缆L1、L2总长为100m时，馈线极间短路时光伏发电系统的输出电流波形图；[0029]图8：为本实用新型实施例中电缆L1、L2总长为200m时，馈线极间短路时光伏发电系统的输出电流波形图；[0030]图9：为本实用新型实施例中的光伏发电优化布置系统的结构示意图。[0031]其中，说明书附图的附图标记如下：[0032]1、光伏组件；2、直流汇流箱；3、光伏并网DC/DC装置；4、直流计量柜； 5、直流配电柜；6、电缆；7、直流配电房；8、屋面。具体实施方式

[0033]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0034]请参照图1，本实用新型优选实施例提供了一种光伏发电优化布置系统，包括：光伏组件、直流汇流箱、光伏并网DC/DC装置、直流计量柜和直流配电柜；

[0035]所述直流计量柜和所述直流配电柜均设置在直流配电房的内部，所述光伏组件、所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在所述直流配电房的屋面上；所述光伏组件与所述直流汇流箱相连，所述直流计量柜通过第一电缆与所述直流配电柜连接，所述光伏并网DC/DC装置通过第二电缆与所述直流计量柜连接，所述直流汇流箱通过第三电缆与所述光伏并网DC/DC装置连接。

[0036]本实用新型技术方案通过将光伏并网DC/DC装置设置在屋面，并将直流计量柜和

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直流配电柜均设置在直流配电房的内部，使得光伏并网DC/DC装置和直流计量柜的连接距离变长，即第二电缆变长，能有效降低短路电流幅值和上升率，仅对光伏并网DC/DC装置出口侧极间故障无效，因此，可大大减小光伏并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。[0037]在优选实施例中，所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离小于10m；所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC装置均设置在直流配电房的屋面。在优选实施例中，所述直流计量柜和所述光伏并网DC/DC装置之间的距离大于100m，所述直流计量柜布置在直流配电房的内部，所述光伏并网DC/DC装置布置在直流配电房的屋面。具体地，所述直流汇流箱和所述光伏并网DC/DC 装置均设置在所述屋面，并且相邻布置。本方案将光伏并网DC/DC装置布置在靠近光伏组件的区域，可有效增大第二电缆的长度，减小第三电缆的长度，第一电缆、第二电缆、第三电缆的总长度不变，不用额外增加电缆费用和电缆损耗。即，所述第一电缆的长度小于第二电缆的长度，所述第三电缆的长度小于第二电缆的长度。[0038]本实用新型通过增加电缆L2的长度，减小电缆L3的长度，可有效降低短路电流幅值及上升率，起到近似于串联限流电抗器的效果。[0039]下面结合本技术方案，对本实用新型的技术原理进行详细说明。[0040]从现有技术一的分析可见，电缆L1和L2太短，系统阻抗太小是造成极间短路时光伏发电系统提供短路电流过大(约10倍额电流)的主要原因之一。图 7和图8分别给出了电缆L1和L2总长为100m、200m时，0.5s时刻发生馈线极间短路时光伏发电系统的输出电流波形。当电缆长度达到100m时，光伏系统提供的短路电流约经过3.5ms后达到峰值1.13kA，较电缆长度为10m时下降63.4％，约23ms后故障电流下降到极低值，随后开始震荡，约120ms后震荡结束，短路电流全部由光伏阵列提供，稳定在0.45kA。当电缆长度达到200m时，光伏系统提供的短路电流约经过5.6ms后达到峰值0.91kA，较电缆长度为10m时下降 70.5％，约32ms后故障电流下降到极低值，随后开始震荡。可见增加电缆L1和 L2总长的总长度，可有效降低短路电流幅值及上升率，起到近似于串联限流电抗器的效果。[0041]考虑到电缆L1是计量柜与直流配电柜之间的连接电缆，为确保计量的准确性，计量柜与直流配电柜一般不允许分开布置，电缆L1不可过长，因此，只能想办法增大电缆L2的长度。由于光伏组件一般布置在室外空旷地区或屋面等，与直流配电房之间尚有一定的距离，若将并网DC/DC装置布置在靠近光伏组件的区域，则可有效增大电缆L2的长度，同时减小L3的长度，因此不会额外增加电缆费用和电缆损耗。若并网DC/DC装置采用可户外布置的箱体结构，可与光伏汇流箱就近布置；若并网DC/DC装置采用不可户外布置的柜体结构，可布置于靠近光伏组件侧的某一户内位置。对于屋面光伏发电系统，可采用如图9 所示的布置方案。光伏组件及直流汇流箱安装在屋面；光伏并网DC/DC装置靠近直流汇流箱布置，同样安装在屋面；直流配电柜及直流计量柜安装在直流配电房内。光伏组件发出的电能经直流汇流箱汇集后，经电缆连接至光伏并网 DC/DC装置，再经过电缆连接至直流配电房内的直流计量柜，最后接入直流配电柜实现直流并网。[0042]结合图2可见，本方案对任何馈线极线故障(如f2、f3、f4)都能有效降低光伏系统提供的短路电流幅值和上升率，仅对并网DC/DC装置出口侧极间故障(f1)无效，因此，可大大减小并网DC/DC装置提供极大短时过电流的几率。[0043]本实用新型技术方案的优点在于：[0044]1、实施简单，不额外增加电气设备，工程造价低，占地少。

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2、与采用限流电抗器相比，本实用新型方案设计简单，效果显著。

[0046]3、可有效降低馈线极间短路时光伏发电系统提供的瞬时过电流幅值和上升率。[0047]4、仅在并网DC/DC装置出口发生极间短路时，光伏发电系统会提供较大的瞬时过电流，大大降低了光伏发电系统提供极大短时过电流的几率。[0048]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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