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预装式开关站结构设计及其在光伏电气工程中的应用研究

时间:2018-10-22 23:34来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电气工程论文,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本十分宽泛,但随着科学技术的飞速发展,21世纪的电气工程概念已经远远超出
本文是一篇电气工程论文,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。此定义本十分宽泛,但随着科学技术的飞速发展,21世纪的电气工程概念已经远远超出上述定义的范畴。斯坦福大学教授指出:当今电气工程涵盖了几乎所有与电子、光子有关的工程行为。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电气工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 研究背景和意义
近年来,我国资源匮乏且气候发生恶化,这些问题对我国电力行业的发展产生一定的冲击。当电网发生突发性事故时,该区域相关人员及各相关部门统一协调处理突发情况。而智能电网可以更紧密连接人与人之间、人与设备之间及设备与设备的联系。智能电网总体概括为检测、传输、决断、反应等几大部分。检测为使用先进的传感器技术高效的采集设备的即时信息,传输是把采集的信息汇总利用光纤技术在以太网上传输,决断是控制中心传输过来的信息,然后将作出判断的数字信号返回到操作装置,整体过程完成电力网络的自动调节及控制。这一过程替代原先的人为的电气操作,所以智能开关站具有一定的自我愈合能力[1-6]。我国电网覆盖从发电到用电的整个过程,按照流程可以依次为发电、输电、变电、配电、用电、调度。我国因为智能电网的建设逐渐成为未来发展的趋势作出相关的智能化规划,其中智能开关站作为最关键的环节,需要实现两个目标:第一个为站内通过传感器收集整体的运行数据,通过光纤进行传输信息,借此来实现对该站的全面控制以及智能调节;第二个是让变电设备信息和维护策略与电力调度完成全面联系与互动[7-10]。智能开关站发展到现在,国家电网公司为解决传统开关站建设周期长、占地面积大、工艺安装标准不统一等问题,提出并开展了预装式智能开关站建设,推行先进理念。实现了开关站小型化、大幅提高工程建设效率和质量、有效降低全寿命周期成本[11]。其包含的关键技术为:(1)预制舱:实现标准化、小型化,节省占地,缩短建设周期;(2)预制光缆、预制电缆技术:施工标准化,简化现场接线,提高施工工艺、缩短施工周期;(3)监控系统高级应用:实现远程监控、远程运维,降低运行成本。如图 1.1 所示,预制舱外观、结构、尺寸标准化,简化设计流程,统一设计标准,其采用即插即用线缆,现场接线简单可靠,提高工艺水平,与传统混凝土建筑物相比,现场施工简单快捷,机械化操作,减少 15%人力成本,保证建设质量。
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1.2 关于预装式开关站的国内外研究现状
 
1.2.1 国外研究现状
作为变电环节重要技术的智能开关站在国外发达国家尚未引起重大关注,而欧美等发达国家的智能开关站迅猛发展,相继各大厂家也对开关站的发展也产生不同的看法,其中西门子公司把开关站的自愈能力放在首位,而 ABB 公司的重点是智能开关站的收集数据方面以及检测设备的运行状态,把开关站的自愈能力作为基础化的基础部分。两个厂家各自都取得一些成绩,在设备环节,两大公司致力于打破一次侧和二次侧设备之间的界限,并取得不错的成绩。在电子互感器方面 ABB 厂家研制出比较多的成果。比如,从上世纪八十年代对光电互感器的试运行到九十年代研制出的光纤电压互感器,误差最小降到 0.3%。目前为止,多种有源电子式、无源光电式互感器已被 ABB 公司相继开发出来。在实际的工程运行中得以运用,经常在封闭式组合电器及中低压开关柜中安装。预装式开关站经历了好几个阶段的发展,在国外相关开关站的成品化建造首先是主控集中组屏的模式,后来又发展为小室集中组屏,最后形成集装箱式继电保护小室这种模式[12-16]。对于最后一个阶段的研究是在应用材料和防震设计这两方面展开的,它的外壳是用的非金属物质,国外 Oldcastle Precast 公司就设计出一款含有非金属物质的 GRC 的舱体结构[17-19];同时,国外的 ABB 公司研究的相关产品已经投入到工程应用上去,并取得不错的效益。新型的混凝土结构在力学的基础上进行改进,防震能力有大幅度的提升。比如,在上世纪八十年代末美日两国研究抗震混凝土结构,并取得突破性进展,并在实际工程中有不同程度的应用,美国是在 33kV 开关站上使用该技术,日本在 66kV 开关站使用了最新的预装式开关站并投入工程使用[20-26]。
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2 光伏发电原理及系统构成
 
2.1 光伏发电基本原理
光伏发电技术是指使用半导体材料特有的光生伏特效应把太阳能转换成电能。所以光伏发电的重点为收集太阳能的电池。如图 2.1 所示,为光伏发电装置示意图。其是把太阳能电池统一串联起来,再进行封装保护配合功率控制器形成的太阳电池组件。基本原理为使用半导体的光敏性质来使载流子的数量发生改变,呈现出正负性,即出现导电能力。如图 2.2 所示,该图为半导体在光能影响下出现上下电极的示意图。在半导体微观结构中发生变化如图 2.3 所示,当光能对半导体作用时,半导体上会出现电势差,继而产生电能。主要发生的变化为光能使电子变换为电子空穴对,然后在太阳光下产生内建电场,电子进入 N 区使 N 区呈现负电,空穴进入 P 区使 P 区呈现正电,在晶体上两端呈现正负电即在导体上产生电动势。该电动势使硅中的电子脱离硅原子,在导体上流动,也成为载流子作为电流运动的载体。光伏发电只是利用太阳能资源的方式之一,其它两种是化学转换和光热利用,化学转化是自然界普遍的现象,即把太阳能转为化学能,比如,树、花等植物的光合作用。但是化学转换受限于目前的技术问题而不能完美复制自然界的光合作用,所以在工业上没有大范围的使用。光热利用是把太阳能转换为热能,光热发电满足新能源的特性,无污染、清洁、能耗小。虽然光热利用在未来发展的潜力大,但由于不方便远距离传输造成不能大范围使用。但是光伏发电是把太阳能收集下来转换为电能储存,通过电力网络进行传输,相比上面的技术短缺、传输不便,光伏发电有突出的优点。随着科技发展,光伏发电与应用技术越来越成熟,转化效率越来越高,让光伏发电加入到新能源的行列。众所周知,太阳能在地球上随处可见,太阳的寿命还非常久远,所以该能源取之不尽用之不竭。当技术发达的情况下,太阳能高效转化为电能,是最好的清洁能源,而且不会像化石能源产生污染环境、产生雾霾的废水废气。
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2.2 光伏电站系统构成及分类
 
2.2.1 光伏电站的系统组成
光伏发电系统是个复杂的系统,需要收集、存储、装换光能等步骤。构成的组件为太阳能电池、存储电池组、充发电的控制器、逆变设备等。每个组件的功能为:当有发光体产生光照时,太阳能让电池的两端上出现正负两种电荷,产生电动势,即为光生伏特效应。在此效应下,太阳能电池作为一个能量转换的关键器件把太阳能转为电能。目前太阳能电池一般为硅电池,主流市场上的电池为单晶硅、多晶硅、非晶硅等型式的太阳能电池。逆变器把光能产生的直流电转换为交流电。目前我国电力负载都是交流电,所以蓄电池上传到电网上的直流电需要转换为交流电。逆变器在运行方式方面上有独立运行和并网两种逆变器。当独立运行的太阳能发电系统为某个特定的负载供电时,需要独立运行逆变器。当发电系统实行并网运行时,需要并网逆变器。逆变器在输出波形方面上有方波和正弦波两种逆变器。当用于对谐波要求不高且发电量偏低的系统时,可使用成本低的方波逆变器。而正弦波逆变器功能强大,适用于各种场合,当造价比较高。
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3 预装式开关站结构设计 ........... 13
3.1 预装式开关站一次舱结构设计 .........13
3.2 预装式开关站二次舱结构设计 .........18
3.3 预装式开关站防雨结构设计 .............26
3.4 预装式开关站站内辅助系统设计 .....27
3.5 本章小结 .................30
4 预装式开关站在光伏工程中的应用 ..... 31
4.1 光伏发电系统总体方案及发电量 .....31
4.2 光伏发电站预装式开关站整体设计 ...............39
4.3 光伏发电站预装式开关站现场拼装及应用效果 .........41
4.4 本章小结 .................43
5 结论与展望 ................. 44
5.1 结论 ...........44
5.2 未来展望 .................44
 
4 预装式开关站在光伏工程中的应用
 
4.1 光伏发电系统总体方案及发电量
本章以壶关县龙泉镇24.2MWp村级电站为例,来介绍光伏发电系统的总体设计,该项目使用未利用地和荒山总共876亩,根据方案需建设24.2MW光伏电站。壶关县龙泉镇24.2MWp村级电站,壶关县龙泉镇四家池村、秦庄村、石门村、下内村和上内村共五个村庄,项目场区中心坐标东经113.22°,北纬36.08°,高程约1123m。项目地理位置、场区范围详见图4.1、图4.2。根据相关资料显示,项目区域即壶关县龙泉镇的各月辐射量多年平均代表值在274.5~610.3MJ/m2之间变化。3月~8月辐射量较大,最大辐射量出现在5月份;9月~次年2月辐射量较小,最小辐射量出现在12月份。最大月与最小月的太阳辐射量差值为335.8MJ/m2。年内变化幅度较大。并网光伏发电系统按照系统功能可以分为两类:不含蓄电池的并网光伏发电系统和含有蓄电池组并网光伏发电系统。该项目拟采用并网式太阳能光伏发电系统,其为不含蓄电池型式。发电原理在第一章上在第一章上阐述过,首先通过光伏阵列的电池板收集当地的太阳能资源,再经过逆变器将光能产生的直流电逆变为交流电,由附近的变压器升压并网到电网上。光伏发电系统主要包含的核心器件为太阳能电池组件和逆变器,同时也需要汇流箱、变压器、高低压开关柜及二次系统等,涉网部分的设备配置及参数须按照电力公司并网接入方案严格执行,如图4.3所示。
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结论
 
在我国能源分布不均匀同时大力发展智能电网的背景下,研发与建设智能开关站是必经之路,而预装式开关站由于轻便、易安装运输,目前正在快速发展。本论文主要完成了以下工作:
(1)解决了传统开关站建设周期长、占地面积大、工艺安装标准不统一等问题,形成“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”的预制加工理念。
(2)介绍了预装式的预装式开关站几个功能模块,以及预装式开关站一、二次系统结构设计,包括一次系统构成、屏柜布局、屏柜电气接口及遵循的规范、继保、调度、电源、实现功能、屏柜布局、屏间线连接方式等,突出设计特点和考虑因素。对于预制舱辅助功能,也进行了通风及照明系统结构设计、防雨结构设计的论述。
(3)结合壶关县龙泉镇24.2MWp村级光伏电站工程实例,对光伏系统的整体设计进行详细的描述,涉及到电池选型、光阵排列方式、逆变器的选择以及最终发电量的计算。发电以后需要开关站对电能进行监测、控制和计量,而预装式开关站能与光伏区逆变单元、汇流单元、升压单元有效配合,降低电能传输损耗,实时监控全站电气设备运行工况,及时共享视频图像数据,实现了智能化和新能源的结合,优化了电力资源配置,提升了光伏电站系统效率。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:gufeng)
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