光伏并網(wǎng)發(fā)電在城市供水泵站中的應(yīng)用

劉大偉

從供給側(cè)角度分析，本文以引嫩入白城市供水工程青山加壓泵站為例，利用原有工程設(shè)施，實(shí)施光伏發(fā)電并網(wǎng)項(xiàng)目，加大電源測(cè)供給，以實(shí)現(xiàn)當(dāng)下社會(huì)提倡的節(jié)能增效降成本共贏理念。

1.項(xiàng)目簡(jiǎn)述

青山泵站位于白城市城區(qū)以北，洮北區(qū)青山鎮(zhèn)永勝村境內(nèi)，距白城市中心約15km，位于207省道東側(cè)，距207省道4km，有村道相通。

本工程位于青山泵站內(nèi)，建設(shè)總?cè)萘繛?32.54KWp的分布式低壓并網(wǎng)型光伏電站，自發(fā)自用余電上網(wǎng)，采用固定式支架安裝及彩鋼瓦平鋪安裝，共使用2棟建筑彩鋼瓦/瓷瓦屋面以及泵站集水池水泥蓋板。

該項(xiàng)目可以充分利用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源，改善白城市能源結(jié)構(gòu)，節(jié)約有限的煤炭、石油資源以及寶貴的水資源，間接保護(hù)水土環(huán)境。

2.光伏組件選擇

太陽(yáng)電池組件為室外安裝發(fā)電設(shè)備，是光伏電站的核心設(shè)備，要求具有非常好的耐侯性，能在室外嚴(yán)酷的環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，同時(shí)具有高的轉(zhuǎn)換效率。本工程采用晶科能源能生產(chǎn)的270W型多晶硅光伏組件。

3.逆變器選型

本項(xiàng)目并網(wǎng)逆變器采用30kW組串型并網(wǎng)逆變器。逆變器是光伏發(fā)電的核心設(shè)備，它將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的交流電。逆變器的品質(zhì)好壞決定了發(fā)電效率的大小。本期裝機(jī)容量為332.54kWp，選用10臺(tái)30KW組串型并網(wǎng)逆變器。

4.電氣一次

4.1總體說明：系統(tǒng)一次主要設(shè)備包括光伏組件（陣列）、并網(wǎng)逆變器、并網(wǎng)柜、計(jì)量柜。本期裝機(jī)容量為332.54kWp，選擇國(guó)內(nèi)主流一線廠家生產(chǎn)的265/270W（晶科）型多晶硅組件，共1240塊。項(xiàng)目選擇古瑞瓦特生產(chǎn)的GW30KTL型30kW并網(wǎng)逆變器4臺(tái)、GW33KTL型33kW并網(wǎng)逆變器6臺(tái)，10臺(tái)并網(wǎng)逆變器通過1臺(tái)并網(wǎng)柜，接入到泵站10KV變壓器400V下端，通過并網(wǎng)柜并入400V母線。

4.2組串設(shè)計(jì)：光伏組件的組串?dāng)?shù)量將會(huì)決定逆變器的直流輸入電壓。組串電壓需在逆變器的正常的MPPT電壓范圍內(nèi)，才能獲得最佳的逆變效率。本方案每個(gè)組串的組件串聯(lián)數(shù)量為22片，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，每個(gè)組串的輸出為667V，位于所選并網(wǎng)逆變器的滿載MPPT電壓范圍內(nèi)（480～800V），且為偏中間位置。因此該設(shè)計(jì)方案可行。30KW組串型逆變器通過10臺(tái)6匯1的逆變器接入約22串子陣列。

4.3接入電力系統(tǒng)方案：項(xiàng)目采用用戶側(cè)中壓并網(wǎng)方式，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。即以400V電壓等級(jí)接入用戶配電網(wǎng)。本方案公共連接點(diǎn)（PCC）是400V配電網(wǎng)，并網(wǎng)點(diǎn)（POI）為用戶側(cè)配電網(wǎng)匯流母線。在1號(hào)用戶變低壓母線出線柜設(shè)置1個(gè)并網(wǎng)接入點(diǎn)，系統(tǒng)以1回線路接入原有供電配電柜10kV母線，接入方案參照“國(guó)家電網(wǎng)公司分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)方案”中的XGF380-Z-Z1方案，一次系統(tǒng)接線示意圖見下圖十：

項(xiàng)目400V低壓并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置為關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，每個(gè)關(guān)口計(jì)量點(diǎn)配套安裝的發(fā)電計(jì)量?jī)x表類型為三相四線制多功能電能表，電能表精度為0.2s級(jí)，具有RS-485串口輸出方式，并具備脈沖輸出方式，脈沖輸出為無源接點(diǎn)。余電上網(wǎng)計(jì)量表設(shè)置在用戶總的關(guān)口計(jì)量處。

4.4無功補(bǔ)償：400V并網(wǎng)系統(tǒng)的無功補(bǔ)償可以利用廠區(qū)配電室的無功容量及其調(diào)節(jié)能力，再結(jié)合10KV母線及0.4kV母線上原接有的無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。

4.5防雷、接地極過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)：安裝太陽(yáng)能電池方陣面積大，電池組件及支架，均為導(dǎo)電性能良好的金屬材料，易遭受直接雷擊和形成感應(yīng)過電壓。因此，根據(jù)白城地區(qū)年平均雷暴日數(shù)和電池板的占地面積，客觀地分析光伏方陣遭受直擊雷的概率，進(jìn)行設(shè)計(jì)。直擊雷的防護(hù)：光伏陣列組成接地網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)太陽(yáng)能電池方陣的直擊雷防護(hù)。整個(gè)光伏陣列支架與接地網(wǎng)直接相連至主接地網(wǎng)上，實(shí)現(xiàn)等電位聯(lián)接。交流側(cè)的直擊雷防護(hù)按照電力系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》進(jìn)行。感應(yīng)雷防護(hù)和接地：針對(duì)感應(yīng)雷的破壞途徑，采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進(jìn)行有效的防護(hù)，以保證人身和設(shè)備的安全。在各個(gè)電氣進(jìn)、出線接口處設(shè)置防感應(yīng)雷設(shè)備（浪涌保護(hù)器），保護(hù)各級(jí)配電設(shè)備。

5.電氣二次

5.1電站調(diào)度管理與運(yùn)行方式：項(xiàng)目將采用集中控制方式，在集控室實(shí)現(xiàn)對(duì)主要電氣設(shè)備的遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙信等功能。

5.2電站自動(dòng)控制：項(xiàng)目將設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)是以遠(yuǎn)景內(nèi)部原有監(jiān)控系統(tǒng)為核心，通過讀取逆變器的運(yùn)行及歷史數(shù)據(jù)，來構(gòu)建光伏監(jiān)控系統(tǒng)。

5.3繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置：并網(wǎng)開關(guān)柜上裝設(shè)具有“失壓跳閘，檢有壓合閘”保護(hù)功能的斷路器。逆變器具備極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù)、過載保護(hù)、接地保護(hù)等，裝置異常時(shí)自動(dòng)脫離系統(tǒng)。原有供電母線增加母線保護(hù)裝置，并增加穩(wěn)壓穩(wěn)頻控制保護(hù)裝置。在并網(wǎng)點(diǎn)位置增加A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置需要滿足電力公司相關(guān)規(guī)定和要求。

5.4火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)：系統(tǒng)的電氣配電間將設(shè)置火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器，火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器納入到整個(gè)廠區(qū)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，一旦房間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，該區(qū)域內(nèi)的火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器能判別火災(zāi)并發(fā)信號(hào)至當(dāng)?shù)叵揽刂浦行?，由消防控制中心發(fā)出警報(bào)并進(jìn)行相關(guān)聯(lián)動(dòng)。

5.5通信：項(xiàng)目的通信方式，監(jiān)控系統(tǒng)與逆變器等設(shè)備通訊，采用485通訊方式，其它則考慮采用以太網(wǎng)、4G無線網(wǎng)絡(luò)。與電力公司部分的通訊采用無線公網(wǎng)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳和通訊。

5.6計(jì)量：系統(tǒng)接入點(diǎn)設(shè)置發(fā)電計(jì)量表計(jì)，用戶用電關(guān)口計(jì)量處裝設(shè)余電上網(wǎng)計(jì)量表計(jì)。

6.項(xiàng)目發(fā)電量與自發(fā)自用比例

6.1年上網(wǎng)電量估算：多晶硅組件在光照及常規(guī)大氣環(huán)境中使用會(huì)有衰減，按系統(tǒng)25年輸出第一年衰減2.5%，以后每年衰減0.7%計(jì)算發(fā)電量。

結(jié)論：由以上計(jì)算可得，本工程25年總發(fā)電量約為1030.36萬(wàn)kWh，25年年平均發(fā)電約41.21萬(wàn)KWh。年利用小時(shí)數(shù)為：1550小時(shí)。

6.2用戶用電情況：青山泵站的用電情況為：泵站實(shí)行24小時(shí)工作制，節(jié)假日正常運(yùn)營(yíng)。有2臺(tái)1250kVA變壓器給泵站供電，正常生產(chǎn)情況下，變壓器的負(fù)荷值在40%～70%之間，當(dāng)日內(nèi)負(fù)荷較為均勻，負(fù)荷類型為照明、電機(jī)設(shè)備等。每年的耗電量約40萬(wàn)KWh。除特殊因素檢修停用外，項(xiàng)目的自發(fā)自用比例可達(dá)100%。

7.經(jīng)濟(jì)與社會(huì)影響分析

7.1經(jīng)濟(jì)影響分析：本項(xiàng)目投產(chǎn)后，自發(fā)自用年節(jié)約電費(fèi)30萬(wàn)元，獲得國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼17萬(wàn)元（含稅）。

7.2社會(huì)影響分析：由于本項(xiàng)目是節(jié)能環(huán)保工程，給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、環(huán)境都帶來積極的影響，無不利的社會(huì)影響。

光伏并網(wǎng)電站在城市供水泵站中的應(yīng)用，符合我國(guó)21世紀(jì)可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略規(guī)劃和國(guó)家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革要求，也是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，建設(shè)和諧社會(huì)的具體體現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)推進(jìn)太陽(yáng)能利用及光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程具有非常大的意義，預(yù)期有著合理的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效益。