發(fā)布時(shí)間：2020-10-18 03:26

　　 光伏發(fā)電作為一種清潔無(wú)污染的可再生能源,得到世界各國(guó)的大力開(kāi)發(fā)和利用。裝機(jī)容量和規(guī)模的不斷擴(kuò)大也使得其占地面積隨之增大,眾多設(shè)備長(zhǎng)期暴露在空曠區(qū)域,更易遭受雷電災(zāi)害威脅,從而嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。因此需要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電危害進(jìn)行詳細(xì)的研究,為光伏發(fā)電系統(tǒng)的雷電防護(hù)提供參考和指導(dǎo)。本文首先介紹了光伏發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分析了雷電對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生危害的各種途徑以及對(duì)光伏各組件具體的損壞機(jī)理,并對(duì)包括變電站在內(nèi)的整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了雷電防護(hù)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(yīng)過(guò)電壓的產(chǎn)生和計(jì)算,通過(guò)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(yīng)過(guò)電流。計(jì)算表明:雷電流波頭陡度越大,光伏組件距離雷擊點(diǎn)越近,感應(yīng)過(guò)電壓幅值越大,且自然接閃方式下相應(yīng)回路感應(yīng)過(guò)電壓大于獨(dú)立接閃方式;雷擊光伏電池板邊框時(shí),即便回路距離邊框2m,10/350μs波形的感應(yīng)過(guò)電壓幅值仍然可以達(dá)到8.1kV,大大超過(guò)了回路耐壓水平;光伏電池單元和旁路二極管反向安裝時(shí),旁路二極管上承受的雷電過(guò)電流幅值和過(guò)電流持續(xù)時(shí)間要小于正向安裝方式;雷電過(guò)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(hù)裝置,同時(shí)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(duì)光伏系統(tǒng)的直擊雷過(guò)電壓進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn)光伏系統(tǒng)各設(shè)備雷擊過(guò)電壓與電流波形呈現(xiàn)較為明顯的衰減振蕩特點(diǎn),設(shè)備距離雷擊點(diǎn)越遠(yuǎn),過(guò)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(guò)電壓均呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),匯流箱過(guò)電壓受雷電流幅值影響更為明顯,30kA雷電流沖擊下的過(guò)電壓均超過(guò)二者的對(duì)地過(guò)電壓耐受能力8 kV,對(duì)設(shè)備絕緣造成極大危害;設(shè)備過(guò)電壓幅值隨接地電阻的增大而增加,設(shè)備損壞概率也相應(yīng)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(shè)備過(guò)電壓幅值,在逆變器前端安裝SPD后,其過(guò)電壓降低了71.6%,得到大幅抑制,防護(hù)效果良好。最后通過(guò)搭建相應(yīng)的模型,分析光伏電站的雷電波侵入危害。仿真結(jié)果表明:無(wú)論是雷擊避雷線還是雷擊導(dǎo)線雷電波均會(huì)侵入光伏電站,在變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生較大的浪涌過(guò)電壓,對(duì)變壓器造成威脅;雷電侵入波過(guò)電壓隨時(shí)間的變化表現(xiàn)出振蕩衰減的趨勢(shì),雷擊點(diǎn)距離越遠(yuǎn),衰減越快,而且過(guò)電壓幅值隨著雷擊點(diǎn)距離的增加也迅速減小;在變壓器高壓側(cè)安裝避雷器后,雷擊距變壓器100m處導(dǎo)線時(shí),過(guò)電壓減小了 75.5%,低于變壓器高壓側(cè)耐受電壓值200kV,且過(guò)電壓波形振蕩頻率也趨緩,表明避雷器防護(hù)效果明顯,但其防護(hù)效果受接地電阻影響較大,當(dāng)接地電阻從2Ω增加到80Ω時(shí),變壓器高壓側(cè)過(guò)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(nèi)。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM615;TM863
【部分圖文】：

２．１光伏發(fā)電簡(jiǎn)介??２．１．１我國(guó)光伏發(fā)電發(fā)展概況??光伏發(fā)電作為當(dāng)下綠色新能源之一，近幾年在中國(guó)得到了迅速發(fā)展。圖２．１是中國(guó)??能源局給出的中國(guó)２００８年－２０１６年的光伏累計(jì)裝機(jī)量和新增裝機(jī)量統(tǒng)計(jì)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(jì)裝機(jī)量光伏新增裝機(jī)量??圖２．?１我國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)量和新增裝機(jī)量統(tǒng)計(jì)ｔ３３ｌ??從圖中可以看出，我國(guó)光伏發(fā)展起步較晚，在２０１０年之前，我國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)容??量不足１ＧＷ，占全球裝機(jī)總?cè)萘坎蛔悖保ァ５俏覈?guó)為了加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)??構(gòu)升級(jí)，提出了一系列政策，鼓勵(lì)扶持光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展。在政策扶持，技術(shù)進(jìn)步，??成本下降，需求拉動(dòng)等多方驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)光伏發(fā)電行業(yè)迎來(lái)了高速發(fā)展時(shí)代。從２０１３??年起，我國(guó)光伏新增裝機(jī)容量每年均突破１０ＧＷ，到２０１６年我國(guó)累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到??７７．?４２ＧＷ

圖２．?３光伏系統(tǒng)遭受損害的原因統(tǒng)計(jì)??對(duì)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(shí)，其瞬時(shí)能夠產(chǎn)生高達(dá)幾十至幾百千安培陣列裸露在外的金屬部位時(shí)，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)無(wú)防雷大的雷電流會(huì)導(dǎo)致光伏系統(tǒng)內(nèi)部組件的大規(guī)模損壞，嚴(yán)毀，可能造成整個(gè)光伏電站的癱瘓。??雷電感應(yīng)危害??應(yīng)可以分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩部分：當(dāng)雷云經(jīng)過(guò)上會(huì)感應(yīng)出與雷云極性相反的電荷，當(dāng)雷云放電時(shí)，中感應(yīng)出的電荷失去束縛也會(huì)沿著導(dǎo)體得到快速釋放，靜電效應(yīng)；當(dāng)雷云放電時(shí)，快速變化的雷電流使得在閃

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

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本文編號(hào)：2845732