基于110kV錐山變電站光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究

　　【摘要】對110kV 錐山變電站光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹,對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究,分析了該太陽能光伏系統(tǒng)的效益,從太陽能發(fā)電量和節(jié)能減排效益的角度認(rèn)為該太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)不僅解決了變電站自用電,對城市電力也是一個補(bǔ)充,同時降低了能耗污染。

　　0 引言

　　太陽能是資源最豐富的可再生能源，具有獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的開發(fā)利用潛力。充分利用太陽能有利于保持人與自然的和諧相處及能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。21 世紀(jì)以來， 世界太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，市場應(yīng)用規(guī)模迅速擴(kuò)大。為了研究光伏并網(wǎng)發(fā)電應(yīng)用技術(shù)，蚌埠供電公司申報(bào)了一個科技項(xiàng)目， 在錐山變電站建立了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

　　1 系統(tǒng)構(gòu)成

　　錐山變電站光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)總?cè)萘繛?0kW，主要包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、交直流防雷配電柜等部分。光伏組件在光生伏打效應(yīng)下將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能， 直流電經(jīng)交直流防雷配電柜流入并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器將其逆變成符合電網(wǎng)電能質(zhì)量要求的交流電，經(jīng)過交直流防雷配電柜接入AC380V/50Hz 三相交流電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。該系統(tǒng)采用大功率單晶硅太陽能電池組件， 光伏組件有效總面積220m2，占地約470m2。

　　每個太陽能電池串列按照8 塊電池組件進(jìn)行串聯(lián)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可分成21 個太陽能電池串列。為了減少電池組件與逆變器之間連接線，以及日后的維護(hù)方便，在直流側(cè)配置了4 臺光伏方陣防雷匯流箱，其直流輸出通過電纜線輸送到二次室，經(jīng)交直流防雷配電柜直流單元匯流成一條直流母線輸入到SG30K3 并網(wǎng)逆變器，再通過交直流防雷配電柜交流單元接入AC380V/50Hz 三相交流低壓電網(wǎng)。

　　整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置1 套監(jiān)控裝置， 通過RS485 或Ethernet（以太網(wǎng)）通訊接口將系統(tǒng)的工作狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)提供給專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。
系統(tǒng)原理圖如下：

　　2 系統(tǒng)技術(shù)要求

　　2.1 要求光伏并網(wǎng)，在白天由光伏發(fā)電給站用電負(fù)荷供電，并將多余電量饋入電網(wǎng)。在晚上或陰雨天發(fā)電量不足時，由市電給站用電負(fù)荷供電。
　　2.2 要求系統(tǒng)具備最大功率點(diǎn)跟蹤控制功能， 使系統(tǒng)獲得最大的功率輸出；
　　2.3 要求系統(tǒng)具備過/欠壓保護(hù)、過/欠頻保護(hù)、短路保護(hù)、防孤島效應(yīng)等并網(wǎng)保護(hù)功能；
　　2.4 要求系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程通訊功能，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行情況的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

　　3 太陽能電池組件方陣的設(shè)計(jì)

　　3．1 太陽能電池發(fā)電原理和分類

　　太陽能電池組件方陣在有光照情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應(yīng)”。在光生伏打效應(yīng)的作用下，太陽能電池的兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能，太陽能電池是能量轉(zhuǎn)換的器件。當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體P-N結(jié)時，會在P-N 結(jié)兩邊產(chǎn)生電壓，使P-N 結(jié)短路，就會產(chǎn)生電流。這個電流隨著光的強(qiáng)度的加大而增大，當(dāng)接受的光的強(qiáng)度一定時，就可以將太陽能電池看成恒流源。太陽能電池主要有以下幾種類型：單晶硅電池、多晶硅電池、非晶硅電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。目前在研究的還有納米氧化鈦敏化電池、多晶硅薄膜以及有機(jī)太陽電池等。但實(shí)際應(yīng)用的主要還是單晶硅電池和多晶硅電池。其中單晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率最高，因此錐山變電站光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)選用了單晶硅電池。

　　3．2 光伏組件方陣的設(shè)計(jì)

　　采用180W 單晶硅光伏電池組件共168 塊，分為21 個單元，每個單元陣列支架可放置8 塊太陽能電池組件。組件正面朝南放置，陣列共5 行，其中靠北4 行每行包含5 個單元陣列，靠南單獨(dú)一單元陣列為一行。根據(jù)蚌埠緯度，優(yōu)化設(shè)計(jì)支架與水平地面傾角為27.4°。

　　整個發(fā)電系統(tǒng)采用8 塊組件串聯(lián)為一單元， 一共21 支路并聯(lián)的方式，輸入4 個匯流箱，其中的3 個匯流箱每個接5 路輸入，另一個匯流箱接6 路輸入。經(jīng)匯流后電纜經(jīng)過電纜溝進(jìn)入主控室交直流配電柜，通過交直流配電柜直流單元接入SG30K3 并網(wǎng)逆變器，最后由并網(wǎng)逆變器經(jīng)交直流配電柜交流單元至380V 低壓電網(wǎng)。