光伏發(fā)電作為變電站直流系統(tǒng)備用電源的探討

【摘要】變電站直流系統(tǒng)一般對交流充電電源有較高的可靠性要求。一旦發(fā)生交流失電且長時間不能恢復(fù)，則蓄電池組成為站內(nèi)直流系統(tǒng)唯一電源，長時間供直流負(fù)荷勢必導(dǎo)致蓄電池組端電壓下降，嚴(yán)重時若系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障則極易造成保護(hù)拒動。為確保站內(nèi)直流系統(tǒng)供電電源可靠性，除了常規(guī)的設(shè)置兩路交流電源互為備用的做法，本文探討采用光伏發(fā)電為直流系統(tǒng)提供備用交直流電源，以提高特殊情況下直流系統(tǒng)可靠性的做法。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；直流系統(tǒng)；備用電源

1、太陽能電站發(fā)電原理

太陽能光伏并網(wǎng)電站是利用太陽能電池陣列將太陽能轉(zhuǎn)換成為直流電，再通過直流/交流并網(wǎng)逆變器將太陽能發(fā)出的直流電逆變成50赫茲、220V/380V的交流電。逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內(nèi)的變壓器低壓端（220V/380V）并聯(lián)，將發(fā)出的電能通過變壓器送入電網(wǎng)。

太陽能光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池陣列在太陽光照射下輸出電能，經(jīng)過直流配電器和電源控制器向蓄電池組充電并向直流負(fù)載供電。在連續(xù)陰雨天光伏電池發(fā)電量不能滿足向負(fù)載供電時，可以由蓄電池通過控制器、繼續(xù)向負(fù)載供電。

2、光伏電站設(shè)計理念

2.1最大效率的光伏發(fā)電

為了增加并網(wǎng)光伏電站的輸出能量，要求太陽能電池板盡可能地將更多的普照在陽光下，根據(jù)電站所在地，調(diào)整太陽能組件受光角度以獲得最大效率。

避免太陽電池板受到遮擋，包括太陽電池板之間的相互遮光，以及安裝支架頂邊緣、周圍可能的建筑物以及其它障礙物遮擋陽光。

高效率的一體化太陽電池組件。

高效率的并網(wǎng)逆變技術(shù)。

2.2最小的光伏發(fā)電損耗

降低電纜損耗——通過減少電纜長度，可以減小線路上的電壓降損失，提高系統(tǒng)的輸出能量；減小電纜尺寸，可以降低成本，同時減輕屋頂負(fù)荷并增加靈活性。所以從太陽電池到接線箱、接線箱到并網(wǎng)逆變器以及并網(wǎng)逆變器到并網(wǎng)交流配電柜的電力電纜應(yīng)盡可能保持在最短距離。

降低太陽能電池方陣中太陽電池組件之間的匹配損耗。每個方陣內(nèi)部太陽電池組件電流一致性最高。

降低太陽能電池方陣與并網(wǎng)逆變器之間的匹配損耗。組成太陽能電池方陣的太陽能電池串并聯(lián)數(shù)要與所選并網(wǎng)逆變器性能匹配。

降低輸配電的損耗。

2.3光伏發(fā)電系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、安全性

太陽能電池方陣與所選并網(wǎng)逆變器之間的匹配。太陽能電池的性能（電壓，功率等）與溫度密切相關(guān)，組成太陽能電池方陣的太陽能電池串并聯(lián)數(shù)要與所選并網(wǎng)逆變器性能匹配。

系統(tǒng)設(shè)計的合理性。如采用冗余的并網(wǎng)逆變器并聯(lián)技術(shù)，可以增加逆變系統(tǒng)運行的可靠性。電站可根據(jù)產(chǎn)生電能的大小對電站進(jìn)行自適應(yīng)控制，既能保證本身耗能最小，又能保證電站的安全運營。光伏電站回饋給公用電網(wǎng)的電力，必須滿足電網(wǎng)規(guī)定的指標(biāo)，逆變器輸出電流的高次諧波必須盡量減少、不能對電網(wǎng)造成諧波污染等，并要求逆變器在負(fù)載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運行。

防雷，避雷系統(tǒng)的可靠性。

完善的監(jiān)視，監(jiān)控系統(tǒng)。

3、太陽能光伏電站設(shè)計

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由下述各部分組成：

光伏陣列：包括太陽電池組件、支承結(jié)構(gòu)（支架及基礎(chǔ)等）、接線箱、電纜電線等。

直流一交流逆變設(shè)備：包括交、直流配電柜（箱）、并網(wǎng)逆變器等。

光伏充電設(shè)施：包括光伏充電控制器等。

控制檢測系統(tǒng)：包括系統(tǒng)控制裝置、數(shù)據(jù)檢測及處理與顯示系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息交換設(shè)備等。

附屬設(shè)施：防雷及接地保護(hù)裝置等。

3.1變電站太陽能光伏電站的設(shè)計及構(gòu)成

考慮到光伏電站安裝在變電站內(nèi)的特殊性，一方面為增加變電站直流系統(tǒng)的可靠性，把光伏電站設(shè)計成一個獨立的直流發(fā)電裝置，以作為變電站直流系統(tǒng)的備用直流充電機(jī)；另一方面為降低變電站站用電損耗，增加光伏電站利用率，讓光伏電站具有并網(wǎng)發(fā)電功能。

原理框圖如圖1所示。

3.2光伏方陣的構(gòu)成

根據(jù)變電站直流系統(tǒng)蓄電池充電要求，兼顧并網(wǎng)逆變器工作條件，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笮畔?，光伏組件具體配置如下：

采用S-180C組件，平均180W，開路電壓（Voc）43V，最大工作點電壓（Vmp）3b.bV。

建議采用9串3并的光伏組件方陣，方陣功率為4860W，共27塊組件。

3.3太陽能電池組件

太陽電池陣列是光伏系統(tǒng)的主要發(fā)電來源。太陽電池陣列由太陽電池組件、接線盒及支架組成。采用專用鋁合金外框，組件安裝架設(shè)十分方便。組件的背面安裝有一個防水接線盒，通過接線盒可以方便的與外電路連接。對每一塊太陽電池組件，電池具備25年以上的使用壽命。太陽電池組件采用單晶硅太陽電池組件。

3.4光伏充電控制器

光伏充電控制器是專門為光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)的。它控制太陽電池給蓄電池充電、（蓄電池向直流負(fù)載供電、逆變器的輸入電源以及向交流配電器供電），同時控制器對蓄電池的過充、過放進(jìn)行保護(hù)。另外，控制器還具有報警、系統(tǒng)監(jiān)控、反充電保護(hù)、浪涌及短路保護(hù)等功能。

3 5直流一交流逆變設(shè)備（并網(wǎng)逆變囂）

光伏直流/交流電力轉(zhuǎn)換器采用國際知名公司32位專用DSP芯片LF2407A控制，主電路采用最先進(jìn)的智能功率IGBT模塊（IPM）組裝，采用電流控制型PWM有源逆變技術(shù)和優(yōu)質(zhì)環(huán)行變壓器。

逆變器同時提供液晶LCD+按鍵人機(jī)界面，同時提供RS485通訊接口，可以方便地與系統(tǒng)運行指示牌和上位機(jī)進(jìn)行通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.6光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)

系統(tǒng)采用獨立監(jiān)測系統(tǒng)檢測并網(wǎng)電站運行狀況，利用工控機(jī)采集數(shù)據(jù)，用大屏幕液晶電視作為顯示。

結(jié)論：

通過光伏發(fā)電裝置在變電站直流系統(tǒng)的應(yīng)用，不但使用了太陽能這一綠色、環(huán)保無污染的清潔能源，而且增加了變電站直流系統(tǒng)的可靠性。利用太陽能發(fā)電的節(jié)能思想，面對傳統(tǒng)能源日益緊張的形勢，頗具前瞻性，將有效促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。