基于110kV錐山變電站光伏并網發(fā)電系統研究

　　【摘要】對110kV 錐山變電站光伏并網發(fā)電系統的結構進行了介紹,對光伏并網發(fā)電系統相關技術進行了研究,分析了該太陽能光伏系統的效益,從太陽能發(fā)電量和節(jié)能減排效益的角度認為該太陽能光伏發(fā)電系統不僅解決了變電站自用電,對城市電力也是一個補充,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)境的協調發(fā)展。21 世紀以來， 世界太陽能光伏發(fā)電產業(yè)快速發(fā)展，市場應用規(guī)模迅速擴大。為了研究光伏并網發(fā)電應用技術，蚌埠供電公司申報了一個科技項目， 在錐山變電站建立了光伏并網發(fā)電系統。

　　1 系統構成

　　錐山變電站光伏系統設計總容量為30kW，主要包括光伏組件、并網逆變器、交直流防雷配電柜等部分。光伏組件在光生伏打效應下將太陽能轉換成直流電能， 直流電經交直流防雷配電柜流入并網逆變器，并網逆變器將其逆變成符合電網電能質量要求的交流電，經過交直流防雷配電柜接入AC380V/50Hz 三相交流電網進行并網發(fā)電。該系統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 塊電池組件進行串聯設計，系統可分成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，以及日后的維護方便，在直流側配置了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。

　　整個光伏并網發(fā)電系統配置1 套監(jiān)控裝置， 通過RS485 或Ethernet（以太網）通訊接口將系統的工作狀態(tài)和運行數據以及環(huán)境參數提供給專業(yè)技術人員進行實時監(jiān)測。
系統原理圖如下：

　　2 系統技術要求

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

　　3 太陽能電池組件方陣的設計

　　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，電池兩端出現異號電荷的積累，即產生“光生電壓”，這就是“光生伏打效應”。在光生伏打效應的作用下，太陽能電池的兩端產生電動勢，將光能轉換成電能，太陽能電池是能量轉換的器件。當太陽光照射到半導體P-N結時，會在P-N 結兩邊產生電壓，使P-N 結短路，就會產生電流。這個電流隨著光的強度的加大而增大，當接受的光的強度一定時，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太陽電池等。但實際應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換效率最高，因此錐山變電站光伏并網發(fā)電系統選用了單晶硅電池。

　　3．2 光伏組件方陣的設計

　　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，靠南單獨一單元陣列為一行。根據蚌埠緯度，優(yōu)化設計支架與水平地面傾角為27.4°。

　　整個發(fā)電系統采用8 塊組件串聯為一單元， 一共21 支路并聯的方式，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。經匯流后電纜經過電纜溝進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 并網逆變器，最后由并網逆變器經交直流配電柜交流單元至380V 低壓電網。