一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法与流程

本发明涉及低压直流配网，具体是一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法。

背景技术：

1、为实现可持续发展，共同应对气候变化带来的挑战，能源清洁低碳发展已成为大势所趋，光伏资源凭借其资源含量高、绿色环保等优势成为了清洁能源发展的主力。随着半导体技术及电力电子技术的发展，直流供电技术的低损耗、低成本、可靠性高等优势逐渐体现，而低压直流供电系统是当今直流配电领域的主要新技术之一，该系统的应用为供电系统的发展开辟了广阔的前景，对提高配电系统的可靠性、电能质量和能效等方面产生了重大影响。

2、大多数农村或偏远地区拥有丰富的太阳能资源，且地处偏僻，难以与大电网相连，充分利用当地丰富的太阳能资源构建低压直流独立供电系统是一种经济有效的选择，目前，许多国家已经开展低压直流并网系统关键技术研究与应用，然而对如何设计适用于光伏供电的低压直流独立供电系统方面鲜有研究，尤其是如何根据当地负荷及资源等情况提供完整的设计过程及资源配置尚未解决。因此，需要提供一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，能够为偏远地区的低压直流独立供电系统设备选型、设计步骤及光伏、储能等资源配置情况提供有效依据。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，可有效解决农村偏远地区难以供电的问题，能够为偏远地区的低压直流独立供电系统设备选型、设计步骤及光伏、储能等资源配置情况提供有效依据。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，包括以下步骤：

3、步骤s1.收集低压直流独立供电系统设计前的信息，所收集的信息包括系统所需的额定电压udc及额定电流idc、负荷的分布位置、负荷的数量n、负荷的每日平均使用时长h以及储能电池可放置的位置；

4、步骤s2.计算低压直流独立供电系统中光伏板的配置容量:当每个月的太阳能资源总量都能满足用户生产需求时，则根据生产最低的月份确定光伏板的配置容量，否则通过平衡光伏建设成本和用户期望确定光伏板的配置容量；

5、步骤s3.根据系统所需的额定电压udc及额定电流idc、负荷的数量n、负荷的平均使用时长h及储能放电深度计算出系统所需的储能电池最小配置容量；

6、步骤s4.确定低压直流独立供电系统中储能电池、光伏板、保护装置、电线杆的布局；

7、步骤s5.确定低压直流独立供电系统中线路的断路器或保险丝的选型；

8、步骤s6.根据家用负荷电流情况确定低压直流独立供电系统中用户家用的断路器或保险丝的选型；

9、步骤s7.确定低压直流独立供电系统所需的线路规格；

10、步骤s8.基于步骤s2计算所得光伏板的配置容量及步骤s3中计算所得储能电池最小配置容量下的最低工作电压确定储能电池充电控制器的选型。

11、进一步的，步骤s3中系统所需的储能电池最小配置容量按以下方法计算：

12、

13、其中cmin-battrey为储能电池最小配置容量，k为能量损失系数，为低压直流独立供电系统每日的能量需求，dmax为储能电池的最大放电深度，n为负荷的数量，udc为系统额定电压，idc为系统额定电流，h为负荷的每日平均使用时长。

14、进一步的，步骤s4确定低压直流独立供电系统中储能电池、光伏板、保护装置、电线杆的布局，具体包括：储能电池放在低压直流独立供电系统的中心位置；光伏板在选择地面安装及屋顶安装时考虑屋顶条件、安全因素；保护装置设置在电源侧及负荷侧；电线杆根据负荷分布位置，以最少电线杆为目标布置。

15、进一步的，步骤s5确定低压直流独立供电系统中线路的断路器或保险丝的选型具体包括：当所在地区存在动态负荷时，线路的断路器或保险丝选型考虑负荷的延时特性，当不存在动态负荷时，线路的断路器或保险丝选型基于该线路的最大电流确定，该线路断路器或保险丝设置在步骤s4确定的电源侧保护装置位置。

16、进一步的，步骤s6根据家用负荷电流情况确定低压直流独立供电系统中用户家用的断路器或保险丝的选型，具体包括：统计家用负荷电流情况，家用断路器或保险丝的额定电流为负荷电流，该家用断路器或保险丝设置在步骤s4确定的负荷侧保护装置位置。

17、进一步的，步骤s7确定低压直流独立供电系统所需的线路规格，具体包括：基于系统线路电压降的要求、线路电流、线路长度计算出电线的最大可接受的单位长度电阻，对照电线的电阻表选择电阻小于计算出的最大可接受单位长度电阻的最小直径的电线，所选电线满足线路拉伸强度时则可确定线路规格。

18、进一步的，所述最大可接受单位长度电阻按以下方式计算：

19、

20、其中imax是线路最大电流，ij是负荷电流，n为负荷的数量，rmax是线路允许的最大可接受电阻，vdrop是线路允许的最大可接受电压降，r是电线的最大可接受的单位长度电阻，l是电线长度；

21、其中计算电线的拉伸强度如下式：

22、

23、其中，tr是电线的拉伸强度，w是电线的单位长度重量，s是两根相邻电线杆间的水平距离，d是电线的弧垂，当所选电线的拉伸强度大于tr时，则所选电线满足系统所需的线路规格。

24、进一步的，步骤s8具体包括：储能电池的充电控制器通常是光伏板的配置容量，其额定输入电压大于光伏板的最大开路电压，其额定输出电流满足下式：

25、

26、其中，icharge是储能电池充电控制器的额定输出电流，pj是第j块光伏面板的额定功率，m是光伏面板的数量，v是储能电池的最小工作电压。

27、本发明针对发展中国家等农村偏远地区难以供电的问题，提供了低压直流独立供电系统的成套设计流程及光伏、储能等资源配置容量的计算方法，为偏远地区的低压直流独立供电系统设备选型、设备布局、设计步骤及光伏、储能等资源配置情况提供有效依据。

技术特征：

1.一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s3中系统所需的储能电池最小配置容量按以下方法计算：

3.如权利要求1所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s4确定低压直流独立供电系统中储能电池、光伏板、保护装置、电线杆的布局，具体包括：储能电池放在低压直流独立供电系统的中心位置；光伏板在选择地面安装及屋顶安装时考虑屋顶条件、安全因素；保护装置设置在电源侧及负荷侧；电线杆根据负荷分布位置，以最少电线杆为目标布置。

4.如权利要求3所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s5确定低压直流独立供电系统中线路的断路器或保险丝的选型具体包括：当所在地区存在动态负荷时，线路的断路器或保险丝选型考虑负荷的延时特性，当不存在动态负荷时，线路的断路器或保险丝选型基于该线路的最大电流确定，该线路断路器或保险丝设置在步骤s4确定的电源侧保护装置位置。

5.如权利要求3所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s6根据家用负荷电流情况确定低压直流独立供电系统中用户家用的断路器或保险丝的选型，具体包括：统计家用负荷电流情况，家用断路器或保险丝的额定电流为负荷电流，该家用断路器或保险丝设置在步骤s4确定的负荷侧保护装置位置。

6.如权利要求1所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s7确定低压直流独立供电系统所需的线路规格，具体包括：基于系统线路电压降的要求、线路电流、线路长度计算出电线的最大可接受的单位长度电阻，对照电线的电阻表选择电阻小于计算出的最大可接受单位长度电阻的最小直径的电线，所选电线满足线路拉伸强度时则可确定线路规格。

7.如权利要求6所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：所述最大可接受单位长度电阻按以下方式计算：

8.如权利要求1所述的适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，其特征在于：步骤s8具体包括：储能电池的充电控制器通常是光伏板的配置容量，其额定输入电压大于光伏板的最大开路电压，其额定输出电流满足下式：

技术总结
本发明提供一种适用于光伏供电的低压直流独立供电系统设计及资源配置方法，包括：收集低压直流独立供电系统设计前的信息；计算低压直流独立供电系统中光伏板的配置容量；计算系统所需的储能电池最小配置容量；确定低压直流独立供电系统中储能电池、光伏板、保护装置、电线杆的布局；确定低压直流独立供电系统中线路的断路器或保险丝的选型；确定低压直流独立供电系统中用户家用的断路器或保险丝的选型；确定低压直流独立供电系统所需的线路规格；确定储能电池充电控制器的选型。本发明可有效解决农村偏远地区难以供电的问题，能够为偏远地区的低压直流独立供电系统设备选型、设计步骤及光伏、储能等资源配置情况提供有效依据。

技术研发人员：江克证,柳丹,冀肖彤,熊平,邓万婷,曹侃,康逸群,叶畅,肖繁,胡畔,谭道军,罗恒
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13