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技術(shù)文章

如何計(jì)算光伏電纜電壓降及系統(tǒng)線路損耗

點(diǎn)擊次數(shù):2106 發(fā)布時(shí)間:2023-7-4

什么是電壓降

電壓降又稱為電壓差或電位差,符號(hào)為ΔU,單位伏特(V),是描述電場力移動(dòng)電荷做功大小的電氣物理量。任意兩點(diǎn)的電位差即是兩點(diǎn)間的電壓降。
U1為起點(diǎn)電壓,U2為終點(diǎn)電壓,則該段線路的電壓降為ΔU=U1-U2。
拓展:在高壓輸電系統(tǒng)中,為了降低線路損耗,發(fā)電量機(jī)組輸出電壓U1一般比電網(wǎng)標(biāo)稱電壓Un高出5%~10%,以平衡線路損耗,使末端電壓仍接近電網(wǎng)標(biāo)稱電壓。

電壓降是怎么產(chǎn)生的

當(dāng)電流通過用電設(shè)備后(電阻),其設(shè)備兩端產(chǎn)生的壓差稱其為電壓降。電流通過導(dǎo)體(或用電器)的時(shí)候,會(huì)受到一定的阻力,但在電壓的作用下,電流能夠克服這種阻力順利通過導(dǎo)體(或用電器)。
但遺憾的是,流過串聯(lián)電阻(或用電器)后,電壓再也沒有以前那么高了,它下降了。而且電阻越大,電壓差變化的就越大。所以電流流過電阻(或用電器)上的電流,其產(chǎn)生電壓大小的差別,就叫“電壓降"。
可見,“電壓降"就是電流通過線路時(shí)損耗了電力,產(chǎn)生的電壓降落,稱為“電壓降"。

電壓降對光伏系統(tǒng)的影響

光伏系統(tǒng)安裝之后,用戶最關(guān)心就是發(fā)電量,因?yàn)樗苯雨P(guān)系到用戶的投資回報(bào)。影響發(fā)電量的因素很多,比如組件、逆變器、電纜的質(zhì)量、安裝朝向方位角、傾斜角度、陰影遮擋、組件和逆變器配比系統(tǒng)方案、并網(wǎng)電壓等等各種因素都有可能。光伏電站設(shè)計(jì)使用年限25年,可見電纜選型對光伏系統(tǒng)的發(fā)電量影響尤為重要。
設(shè)計(jì)人員在電纜設(shè)計(jì)選型時(shí),往往只考慮電纜的載流量是否滿足計(jì)算電流要求,而忽略了線路功率損耗對整個(gè)光伏系統(tǒng)發(fā)電量的影響。
一般來說,較為專業(yè)的業(yè)主會(huì)要求光伏交直流系統(tǒng)的線路損耗要控制在5%以內(nèi),苛刻的要求達(dá)到2%以內(nèi),以達(dá)到發(fā)電量收益大化。為此設(shè)計(jì)上要選用電阻率較小的導(dǎo)線,電纜截面要有足夠的線徑。在高壓系統(tǒng)中往往也同時(shí)考慮導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)電流密度。

光伏系統(tǒng)的組成

一般來說光伏系統(tǒng)由直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)組成。例如某個(gè)20kW小型并網(wǎng)光伏系統(tǒng),DC側(cè)由40塊550Wp單晶硅光伏組件及直流電纜組成,AC側(cè)由1臺(tái)20kW組串式逆變器和1臺(tái)并網(wǎng)配電箱及交流電纜組成。
光伏組件以20塊2串方式接入逆變器,容配比為1:1.2。
組串至逆變器采用PV1-F-1*4mm2電纜電氣連接,逆變器至并網(wǎng)配電箱采用ZC-YJV-4*10mm2電纜電氣連接。

如何計(jì)算光伏電纜電壓降

一般來說,計(jì)算線路的壓降并不復(fù)雜,可按以下步驟:
1.計(jì)算線路電流I
I=P/1.732*U*cosθ
其中:P-功率(kW);U-電壓(kV);cosθ-功率因素,光伏輸出電能質(zhì)量較高,功率因素可以忽略不計(jì),即cosθ=1。
2.計(jì)算線路電阻R
R=ρ*L/S
其中:ρ-導(dǎo)體電阻率(銅芯電纜ρ=0.01740,鋁導(dǎo)體ρ=0.0283);L-線路長度(m);S-電纜的標(biāo)稱截面(mm2)
3.計(jì)算線路壓降(簡單實(shí)用)
線路壓降計(jì)算公式:ΔU=I*R,I-線路電流;L-線路長度
為便于計(jì)算,電纜長度取整數(shù)。

光伏系統(tǒng)線路損耗計(jì)算

在計(jì)算出電壓降時(shí),我們就可以知道怎么計(jì)算該系統(tǒng)的電能損耗了。
光伏系統(tǒng)線損按下列公式計(jì)算:
P損Max=(P直損+P逆交損)/P裝機(jī)容量 * 100%
其中:
P損Max—單臺(tái)逆變器最大線損,kW;
P逆直損—逆變器直流側(cè)所有回路線損總和,kW;
P逆交損—逆變器交流側(cè)至交流并網(wǎng)配電箱之間線損,kW;
P裝機(jī)容量 —逆變器直流側(cè)所接光伏組件容量,kW;
下面是計(jì)算過程:
圖片

以上就是對整個(gè)光伏系統(tǒng)的線路損耗計(jì)算過程,當(dāng)然還有其他方法也可以計(jì)算出線路損耗,比如查《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)電手冊》找到相應(yīng)的電壓損失百分比,通過公式也可以得出較為準(zhǔn)確的線路損耗。



需要注意的是《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)電手冊》電壓損失百分比是基于民用400V系統(tǒng)及10kV系統(tǒng)的數(shù)據(jù),用于計(jì)算光伏系統(tǒng)會(huì)有一定的偏差。當(dāng)然本次計(jì)算數(shù)據(jù)基于系統(tǒng)在額定輸出下,光伏功率的輸出與實(shí)時(shí)天氣有關(guān),具有一定的波動(dòng)性和間歇性。



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