太陽能發電技術在500 kV芝堰變電站的應用

杜 俊，蘇海智

（金華電業局，浙江 金華 321001）

傳統的燃料能源正在一天天減少，對環境造成的危害日益突出，全世界都把目光投向了可再生能源，這之中太陽能以其獨有的優勢而成為人們注視的焦點，豐富的太陽輻射能是取之不盡用之不竭的能源。為充分利用太陽能，金華電業局在500 kV芝堰變開展了光伏發電應用研究。

1 系統結構

芝堰變光伏系統安裝容量20.8 kW，估計投入150萬元。根據芝堰變的地理位置和光照量，其全年發電量估算為20 000 kWh，能滿足500 kV芝堰變10%的日常用電量。光伏系統主要由逆變器、直流配電箱、光伏電池板、穩壓控制器等部件組成，系統組成見圖1。

多晶硅太陽能光伏電池將太陽能轉換成直流電能。直流電壓經過穩壓控制器降壓和穩壓后輸出給逆變器，在太陽能光伏發電系統采用正常工作方式（對交流系統供電）時，第一、第二陣列的全部太陽能光伏電池都對負載供電，其輸出電壓為直流500 V左右，逆變器將直流500 V逆變為交流380 V，然后并入站用電系統。備用工作方式則只接入直流流系統：此方式時只有第一陣列48只太陽能光伏電池板以6串8并接線方式投入運行，經控制器變壓輸出110 V直流電，接入0號充電機直流輸出側開關，可對變電站1號、2號蓄電池組充電。光伏系統通過61850規約與一體化信息平臺通信，將系統的工作狀態、運行數據及環境參數傳送給一體化信息平臺，供運行人員實時監測。

圖1 太陽能光伏發電系統框圖

2 主要部件介紹

2.1 太陽能電池組方陣的設計

太陽能光伏發電的原理是太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。

太陽能電池板根據屋頂的面積、形狀進行排列，分二組，共計104只多晶硅太陽能光伏電池板，16個電池組件，每組電池組件放置6塊太陽能電池板。電池板采用京瓷（天津）太陽能有限公司生產的KD208GH-2PU-KH型多晶硅太陽能光伏電池板，額定最大功率139 W。第一組電池組件與第九組電池組件共13只光伏電池板串聯組成第一支路；第二電池組件與第十電池組件組成第二支路，以此類推共組成8組支路，并列接入逆變器，經逆變器逆變輸出380 V交流電，經所用電Ⅰ段開關接入站用電系統并網運行。

2.2 并網逆變器

光伏并網逆變器是系統的核心部件之一，采用日本山洋P73F 10 kW型逆變器。該逆變器具有交流過壓、欠壓保護、交流頻、頻保護和防孤島保護等保護功能。當逆變器輸出任一線電壓低于280 V或高于450 V時，逆變器交流欠壓或過壓保護動作；頻率高于60 Hz或低于50 Hz時，交流頻率保護動作；當逆變器上述任一保護動作時，逆變器會自動進入到待機運行狀態；當電壓、頻率恢復正常時，逆變器會自動投入正常運行；當逆變器監測到電網相位與逆變器輸出電壓相位差值在±8°以外時保護動作，相位正常時，系統會自動投入運行。

2.3 防逆流裝置

防逆流裝置作用是當太陽能光伏發電系統所發電量超過實際負載時，太陽能逆變器將停止運行。根據太陽能行業國家規范，防逆流裝置的動作關斷值為負載側TA變比的1%,恢復值為負載側TA變比的10%。芝堰變所用的低壓開關TA變比為1 500∶1，所以防逆流裝置在負載電流低于15 A時，控制逆變器停止運行；在負載電流高于150 A時，逆變器自動投入運行。

3 使用效果

采集了系統并網運行后1個月的雙日數據，見表1。參照表1可見太陽能光伏系統發電量受日射量影響最大，發電量隨著日射量的波動而變化，且日發電量受天氣情況影響較為明顯，雖然是冬季，但當天氣晴好時日發電量較高；天氣多云時，雖然氣溫變化不大，但因日射量的降低，發電量下降較為明顯；而當出現雨雪天氣時，發電量極低，甚至出現零發電量的情況。根據上述數據可以得出光伏系統的以下不足：

（1）受時間周期、地理位置、氣象條件的限制；供電可靠性、穩定性較差。晴天發電量較大，多云天氣發電量僅為晴天的1/3，雨雪天氣甚至出現零發電量。

（2）由于光電池還未規模生產，導致太陽能光伏發電系統綜合造價較高，投資回報率較低。芝堰變光伏系統安裝容量20.8 kW，投入約150萬元，以每年20 000 kWh發電量，1元/kWh計算，需要75年才能收回成本。

相對于缺點，優點也十分明顯：

（1）陽光隨處可見，不受地域限制；安全可靠；無噪音、無污染；不消耗資源。

（2）不需要架設遠距離輸電線路；安裝簡單、方便，建設周期短。

（3）標煤以374 g/kWh計算，每年太陽能系統發電約1.2萬kWh，消耗標煤4.45 t；以少排放CO2170 g/kWh計算，光伏發電1.2萬kWh可減少CO2排放量2.04 t。

（4）芝堰變每月站用電約1.3萬kWh，太陽能發電占比例不大。但光伏發電時間是10:00—15:00，在負荷高峰期內發電量大。當系統發生故障站用電全失的情況下，如光伏發電系統正常運行，則光伏系統輸出110 V直流電，對重要直流負荷供電，大大提高了變電站運行的可靠性。

光伏發電系統運行存在的主要問題有：

（1）光伏系統根據日照強度定值啟動或退出，且正常運行時接入站用電母線，光伏系統突然啟動或退出時會造成電壓波動，對站內交流設備有影響。在極端情況下（即日照強度在定值附近波動），會造成光伏系統頻繁投、退，站用電電壓波動較大，引起站用變檔位調節裝置頻繁動作，對設備危害較大。

表1 太陽能發電系統運行報表

（2）光伏系統接入站用電后會影響站用電備自投系統的正確動作。

（3）光伏系統對惡劣天氣防范不足。環境監測設備沒有考慮覆冰情況，下雪天氣時，監測裝置誤差較大。光伏電池沒有保護措施，金華地區曾有冰雹天氣，有可能對設備造成危害。

（4）光伏系統監測軟件數據不全，配備的監測軟件無法對電壓、功率等參數進行實時監視。

4 結語

雖然光伏系統的優缺點都十分明顯，許多環節還有待完善，但在一些電網的薄弱環節建設光伏電站，可以保證系統事故時關鍵環節的正常供電，提高電網的可靠性。

任何先進的技術，進入商業使用的必要條件是價格能為市場所接受。如果使用成本太高，再好的技術必將只能停留在試驗室中或者示范工程階段。所以降低光伏發電成本，普及光伏發電應用是未來光伏發電技術的研究方向。

[1]趙玉文，吳達成，王斯成，等.中國光伏產業發展研究報告（2006-2007）（上）[J].太陽能，2008（6）：11-19.

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