工业园区分布式屋顶光伏发电运行损耗分析.pdf

基金项目：中国博士后科学基金项目资助（项目编号：）工业园区分布式屋顶光伏发电运行损耗分析黄红桥，谈 丛，李 恺，骆冰祥，胡 婷，（国网湖南省电力有限公司；智能电气量测与应用技术湖南省重点实验室）摘要：分布式光伏发电系统的损耗涉及用能企业、节能服务公司和电网公司，一直是行业和社会关注的焦点。本文以某工业园区分布式屋顶光伏发电项目为例，研究了线路损耗和变压器损耗，分析了不同温度、不同负载率情况下的变压器损耗变化情况，对比分析光伏投运前后的用电量和发电量数据及变化趋势，探索并实践分布式屋顶光伏发电运行损耗的分析方法，为工业园区分布式光伏发电系统的效益分析和投资成本估算等提供参考。关键词：分布式光伏；线损；变压器损耗；发电量 ：，：；引言近年来，我国正大力提倡发展“自发自用，余电上网”的分布式光伏发电系统 。其运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征 。因此，准确计量分布式光伏项目的电量，对分布式光伏发电系统的损耗进行分析，具有重要意义 。目前，工业园区的分布式光伏发电系统实行发电量、上网电量、下网电量分别计量独立结算的原则，常采用合同能源管理方式建设 ，涉及用能企业、节能服务公司和电网公司。因此，如何准确对光伏运行损耗进行分析，成为三方关注的一个焦点 。国内外学者或企业将光伏电站的本地监控数据、电站环境气象数据、电站故障信息数据等相关信息数据进行整合，搭建了统一的信息数据监控与分析，以及电站运行管理综合平台及基于大数据的数据分析平台 。在光伏发电系统的运行损耗分析方面，主要集中于导线损耗、地线损耗。但在设计规划阶段，很难确定地线的型号和换位方式 。针对工业园区分布式屋顶光伏发电运行损耗分析需求，本文以某工业园区分布式屋顶光伏发电项目为例，对线路损耗和变压器损耗分进行研究。计量与测试技术 年第 卷第 期 某工业园区分布式屋顶光伏发电参数 光伏配置情况某工业园将建设容量 的分布式光伏发电直接接入配电间变压器低压侧供电。且该发电系统所发电能优先供给其负荷吸纳，剩余电能通过变压器反送电网。将 分布式屋顶光伏发电项目分为 个场区和 个并网点，其中：号厂房场区容量 ，个 并 网 点；办 公 楼 场 区 容 量 ，个并网点；食堂宿舍楼场区容量 ，个并网点。光伏电池组件采用 多晶硅，总计 块，使用固定式安装。（）食堂宿舍楼场区安装 块光伏组件，台 组串式逆变器和 台 汇 交流汇流箱，接入展览馆中心变电室；（）办公楼场区安装 块光伏组件，台 组串式逆变器和台汇交流汇流箱，接入办公楼负 楼配电室；（）号厂房场区安装 块光伏组件，台 组串式逆变器和 台 汇 交流汇流箱，其中 台汇流箱接入 号厂房 楼的两个配电室，台汇流箱接至办公楼负 楼配电室。变压器配置情况光伏电站接入点共 台变压器，其中 变压器台、变压器台、变压器台、变压器 台、变压器 台、变压器 台。变压器采用天泰 （）环氧树脂干式变压器，各类型变压器参数类型如表 所示。表 某工业园光伏电站变压器参数额定容量 空载有功损耗 负载有功损耗（时）空载无功损耗 无功负载损耗 将大工业总表连接 台、台、台、台；一般工商业分表连接 台；居民分表连接 台。其余变压器在盘中餐工业总表下，不计入分析计算。每个计量点的变压器信息如表 所示。表 不同计量点下变压器型号及参数表名型号数量总容量 总有功空载损耗 总有功负载损耗 总无功空载损耗 总无功负载损耗 大工业总表 台 台 台 台 一般工商业分表 台 居民分表 台 总计 台 台 台 台 台 台 其中，变压器总容量、变压器总额定空载损耗、变压器总额定负载损耗、变压器总额定无功空载损耗和变压器总额定无功负载损耗为对应表中的变压器额定容量、额定空载损耗、额定负载损耗、无功空载损耗、无功负载损耗之和。变压器负载率分析变压器损耗应从理论和实际两方面进行分析。理论上，变压器是利用器身内的两个铁芯缠绕匝数不同的线圈进行升压或降压后输送。但该过程会产生各种损耗，通常称变压器一、二次侧线圈产生的损耗为铜损，变压器铁芯中产生的损耗为铁损。而在大多数的分析和实际运用中，主要是对变压器在未带任何负荷情况下的空载损耗和二次侧线圈发生短路时的短路损耗进行研究，并将其数值作为基础数据计算运行时的主要损失量，同时，还应根据变压器在不同负荷和温度变化时的影响。实际运行时，变压器的负载率和温度变化均会影响损耗，且温度变化与负载率相关。如负载率与效率不成正比，即当负载率过低时，效率会降低。因此，为了准确得到负载率，应先不同表计下的变压器配置情况，再计算变压器损耗。不同计量点下变压器的总额定容量 总已在 小节中给出，变压器二次侧电压 为 ，则黄红桥等：工业园区分布式屋顶光伏发电运行损耗分析总额定容量为：总槡 （）由此可知二次侧总额定电流。根据额定输出功率公式可得：额槡 （）式中：功率因数，取 ，工业用电电压 。将额定输出功率乘以 ，可得 年额定输出电量；乘以 ，可得 年 月 月额定输出电量，如表 所示。根据式（），将下网电量除以额定输出电量可得变压器负载率，如表 所示。表 下网电量与变压器负载率表名大工业总表一般工商业分表居民分表变压器总容量 二次侧总额定电流 总变压器额定输出功率 年额定输出电量 年月 月额定输出电量 注：负载率为实际输出功率除以额定输出功率。表 下网电量与变压器负载率时间变压器总额定输出电量（）实际总用电量（）负载率（）年 年月 月 注：变压器总额定输出电量为各分表额定输出电量之和。变压器损耗分析 光伏电站 年下网总变压器损耗根据 表 可 知，年 变 压 器 负 载 率 为 。将不同计量点下对应变压器总空载损耗、总负载损耗、总无功空载损耗 和总无功负载损耗，则有功功率损耗 、变压器无功功率损耗 为：（）（）其中，负载波动系数 取 ，可得 年变压器有功功率损耗 、变压器无功功率损耗 ，再乘以 ，可得年变压器有功功率损耗电量、变压器无功功率损耗电量。由此可得：（）其中，无功经济当量 取 。将有功功率损耗电量、无功功率损耗电量代入式（），可得 年变压器下网综合功率损耗 ，结果如表 所示。表 年变压器损耗负载率 有功功率电量损耗 无功功率损耗 综合功率损耗 总用电量 变损占下网电量百分比 光伏电站 年下网总变压器损耗根据 表 可 知，年 变 压 器 负 载 率 为 。按 的方法，负载波动系数 取 ，可得 年变压器有功功率损耗 、变压器无功功率损耗 ，再乘以 ，可得年变压器有功功率损耗电量、变压器无功功率损耗电量。其中，无功经济当量 取 。将有功功率损耗电量、无功功率损耗电量代入式（），可得 年 月 月变压器下网综合功率损耗 ，结果如表 所示。表 年变压器损耗负载率 有功功率电量损耗 无功功率损耗 变压器综合功率损耗 总用电量 变损占下网电量百分比 光伏电站 年上网总变压器损耗 年光伏发电量为 ，光伏电站年光伏发电时间为 ；年光伏上网电量为 ，可估计光伏上网时间为：，由于光伏电站的并网点均可上网，将所有变压器的变压器空载损耗、额定负载损耗、变压器额定无功空载损耗、变压器额定无功负载损耗和负载率统一计算。负载波动系数 取 ，可得光伏上网负载损耗，再乘以光伏上网时间 ，可得光伏有功功率损耗 和变压器无功功率损耗 。其中无功经济当量 取 。根据有功功率损耗电量和无功功率损耗电量，可得 年变压器上网综合功率损耗 ，结果如表 所示。计量与测试技术 年第 卷第 期表 年光伏上网损耗光伏累计上网电量 光伏上网负载率光伏上网负载损耗 光伏上网有功功率损耗 光伏上网无功功率损耗 光伏上网变压器综合功率损耗 光伏上网损耗百分比 由此可知：（）根据变压器损耗占下网电量的比例，由于 年 个月下网电量仅为 年下网总电量的 ，导致变压器负载率由 年 降至 ，因此，与 年相比，年下网变损占总用电量百分比略有升高。（）经济运行的角度，建议可适当提高变压器负载率，使其处于经济运行区间，提高变压器效率。园区生产能耗分析为分析园区生产能耗变化情况，本文以 年电量数据为参考。年 年各月份总表和分表合计电量数据如表 所示。由表可知：（）安装光伏前后，月平均用电量无明显增多，年月平均总用电量相对 年增长 ，月平均分表合计电量增长 。（）安装光伏后，年月 月的月平均总用电量和月平均分表合计电量分别增长 、。（）年 月 月的月平均总用电量和月平均分表合计电量相对 年分别增长 、。由此可知，安装光伏前后，年平均电量无异常增长。表 年总用电量对比单位：时间 年 年 年月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月平均 根据表 ，对比各月份电量数据，除 年 月用电量相比 年、年有明显差异外，其余月份均无较大偏差。经查询城市历史天气数据，年 月最低气温超 达 天，最高气温超 达 天；年 月最低气温超 为 天，最高气温超 为 天；年夏季气温偏高。因此，年、年用电量增多为夏季温度偏高导致。结论本文以某工业园区分布式屋顶光伏发电项目为例，研究了线路损耗和变压器损耗，分析了不同温度、不同负载率情况下的变压器损耗变化情况，对比分析光伏投运前后的用电量和发电量数据及变化趋势，探索并实践分布式屋顶光伏发电运行损耗的分析方法，为工业园区分布式光伏发电系统的效益分析和投资成本估算等提供参考。参考文献 王玉元，廖杰，杨红本，等 非车载充电机运行效率的测试及研究 中国测试，（）：郑伟烁，吴芳芳，郑文悦，等一种光伏电站发电效率多参数综合评估模型及仿真验证 电测与仪表，（）：余滢婷，刘飞，查晓明，等 光伏电站直流汇集系统电压等级序列研究 太阳能学报，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：任林涛，汪飞，杨柳柳，等 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