光伏發(fā)電作為一種清潔無污染的可再生能源,得到世界各國的大力開發(fā)和利用。裝機容量和規(guī)模的不斷擴大也使得其占地面積隨之增大,眾多設備長期暴露在空曠區(qū)域,更易遭受雷電災害威脅,從而嚴重影響整個系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運行。因此需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電危害進行詳細的研究,為光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電防護提供參考和指導。本文首先介紹了光伏發(fā)電的系統(tǒng)結構,分析了雷電對光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生危害的各種途徑以及對光伏各組件具體的損壞機理,并對包括變電站在內的整個光伏發(fā)電系統(tǒng)進行了雷電防護區(qū)域劃分。然后具體分析了光伏系統(tǒng)在兩種不同接閃方式下雷電電磁感應過電壓的產(chǎn)生和計算,通過建立光伏組件等效電路模型,分析了旁路二極管上承受的雷電感應過電流。計算表明:雷電流波頭陡度越大,光伏組件距離雷擊點越近,感應過電壓幅值越大,且自然接閃方式下相應回路感應過電壓大于獨立接閃方式;雷擊光伏電池板邊框時,即便回路距離邊框2m,10/350μs波形的感應過電壓幅值仍然可以達到8.1kV,大大超過了回路耐壓水平;光伏電池單元和旁路二極管反向安裝時,旁路二極管上承受的雷電過電流幅值和過電流持續(xù)時間要小于正向安裝方式;雷電過電流極易損壞旁路二極管,需要安裝諸如瞬態(tài)抑制二極管之類的浪涌防護裝置,同時減小回路線纜面積。其次利用ATP-EMTP軟件建立了包括光伏陣列、匯流箱、逆變器、傳輸電纜等完整的光伏系統(tǒng)仿真模型,對光伏系統(tǒng)的直擊雷過電壓進行了分析。研究發(fā)現(xiàn)光伏系統(tǒng)各設備雷擊過電壓與電流波形呈現(xiàn)較為明顯的衰減振蕩特點,設備距離雷擊點越遠,過電壓和電流幅值越低;隨著雷電流幅值的增加,匯流箱和逆變器過電壓均呈現(xiàn)出上升趨勢,匯流箱過電壓受雷電流幅值影響更為明顯,30kA雷電流沖擊下的過電壓均超過二者的對地過電壓耐受能力8 kV,對設備絕緣造成極大危害;設備過電壓幅值隨接地電阻的增大而增加,設備損壞概率也相應增大,需要盡可能將地網(wǎng)接地電阻限制在10Ω以下;安裝SPD可以顯著降低設備過電壓幅值,在逆變器前端安裝SPD后,其過電壓降低了71.6%,得到大幅抑制,防護效果良好。最后通過搭建相應的模型,分析光伏電站的雷電波侵入危害。仿真結果表明:無論是雷擊避雷線還是雷擊導線雷電波均會侵入光伏電站,在變壓器高壓側產(chǎn)生較大的浪涌過電壓,對變壓器造成威脅;雷電侵入波過電壓隨時間的變化表現(xiàn)出振蕩衰減的趨勢,雷擊點距離越遠,衰減越快,而且過電壓幅值隨著雷擊點距離的增加也迅速減小;在變壓器高壓側安裝避雷器后,雷擊距變壓器100m處導線時,過電壓減小了 75.5%,低于變壓器高壓側耐受電壓值200kV,且過電壓波形振蕩頻率也趨緩,表明避雷器防護效果明顯,但其防護效果受接地電阻影響較大,當接地電阻從2Ω增加到80Ω時,變壓器高壓側過電壓增加了約3倍,因此需盡量將接地電阻阻值控制在較小范圍內。
【學位單位】：南京信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM615;TM863
【部分圖文】：

２．１光伏發(fā)電簡介??２．１．１我國光伏發(fā)電發(fā)展概況??光伏發(fā)電作為當下綠色新能源之一，近幾年在中國得到了迅速發(fā)展。圖２．１是中國??能源局給出的中國２００８年－２０１６年的光伏累計裝機量和新增裝機量統(tǒng)計數(shù)據(jù)。??９０??７７＾?４０??８０??７０?－３０??ｓｏ????３〇?２８＾５－：ｇ＾３｜－，１５??２。??７?詠』．，５?－１０??１０?０．１４?（Ｘ２８?０－８６?＂＂＂＂５??２００８?２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６??■■光伏累計裝機量光伏新增裝機量??圖２．?１我國光伏累計裝機量和新增裝機量統(tǒng)計ｔ３３ｌ??從圖中可以看出，我國光伏發(fā)展起步較晚，在２０１０年之前，我國光伏累計裝機容??量不足１ＧＷ，占全球裝機總容量不足１％。但是我國為了加快能源結構轉型，推動經(jīng)濟結??構升級，提出了一系列政策，鼓勵扶持光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。在政策扶持，技術進步，??成本下降，需求拉動等多方驅動下，我國光伏發(fā)電行業(yè)迎來了高速發(fā)展時代。從２０１３??年起，我國光伏新增裝機容量每年均突破１０ＧＷ，到２０１６年我國累計裝機容量達到??７７．?４２ＧＷ

圖２．?３光伏系統(tǒng)遭受損害的原因統(tǒng)計??對光伏發(fā)電系統(tǒng)的危害途徑分析??直擊雷危害??統(tǒng)的光伏陣列由于其巨大的占地面積、大規(guī)模暴露的電現(xiàn)象發(fā)生時，其瞬時能夠產(chǎn)生高達幾十至幾百千安培陣列裸露在外的金屬部位時，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)無防雷大的雷電流會導致光伏系統(tǒng)內部組件的大規(guī)模損壞，嚴毀，可能造成整個光伏電站的癱瘓。??雷電感應危害??應可以分為靜電感應和電磁感應兩部分：當雷云經(jīng)過上會感應出與雷云極性相反的電荷，當雷云放電時，中感應出的電荷失去束縛也會沿著導體得到快速釋放，靜電效應；當雷云放電時，快速變化的雷電流使得在閃

圖２．?４雷電感應對光伏系統(tǒng)的危害??（３）雷電波侵入??
【參考文獻】

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本文編號：2845732