太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在變電站工程中的應(yīng)用

相淮昌 譚慶偉

(日照電力經(jīng)濟技術(shù)研究所,山東日照 276826)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在變電站工程中的應(yīng)用

相淮昌 譚慶偉

(日照電力經(jīng)濟技術(shù)研究所,山東日照 276826)

分析現(xiàn)階段太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的電池選擇、安裝方式、運行方式,結(jié)合110kV變電站土建及電氣設(shè)計的實例。提出110kV變電站用電系統(tǒng)后供站內(nèi)負荷使用,有效節(jié)約變電站負荷的電能損耗,收到良好的投資效果。

110kV變電站 光伏發(fā)電 節(jié)約電能損耗

1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能組件(電池板)、控制器和逆變器三大部分組成。①太陽能電池。光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池，在同等條件下晶體硅電池與薄膜電池發(fā)電量約為3：1.1。②安裝方式。晶體硅電池組成的太陽能組件，可安裝在屋頂;也可垂直安裝于墻面或替換窗戶玻璃，但垂直安裝不是最佳角度，發(fā)電效率僅為選擇最佳角度時的40%，若作為窗戶玻璃會對室內(nèi)采光造成影響。③運行方式。從運行方式上來講，目前的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為三類，離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)，不帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及帶蓄電池的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。

2 本工程太陽能電池及運行方式的選擇

(1)太陽能電池的選擇。本工程所處地區(qū)，年平均日照2533小時，屬于太陽能資源最豐富的區(qū)域，適合發(fā)展光伏發(fā)電。現(xiàn)以本地區(qū)日照情況，采用晶本工程中建議采用晶體硅安裝在屋頂?shù)姆绞健?/p>

(2)運行方式的選擇。由于本站光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率不會太大，且太陽能輸出為漸變而不是突變，因此對電網(wǎng)的造成電壓波動能夠滿足國家規(guī)定。而只要選擇合格的光伏發(fā)電產(chǎn)品，諧波含量滿足國家規(guī)定≤3%，諧波不會對電網(wǎng)造成影響。因此，本工程具備并網(wǎng)運行的條件。

3 方案設(shè)計

3.1 工程環(huán)境和條件

系統(tǒng)所在地區(qū)：北緯35°39＇東經(jīng)119°53＇;系統(tǒng)安裝場所：110kV變電站樓頂;電池板朝向及安裝角度：朝南41.65度傾角安裝于樓頂;氣候資源：日照暖溫帶半濕潤季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，四季分明，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，非常潮濕，臺風(fēng)登陸頻繁，平均風(fēng)速3.4m/s，極端風(fēng)速27m/s。年均氣溫12.6℃，年均濕度72%，無霜期223天，年平均日照2533小時，年均降水量870毫米。

3.2 光伏系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模及系統(tǒng)組成

該110kV變電站綜合配電樓樓頂可供安裝面積約為：392.7m2，考慮上午9：00至下午3：00太陽能方陣不應(yīng)被遮擋，通過計算日照地區(qū)最佳安裝傾角為41.65度，方陣間距應(yīng)大于4.6m。

表1

通過布置和計算，總裝機容量為18.72kWp，采用多晶硅組件。

系統(tǒng)組成：本工程太陽能發(fā)電系統(tǒng)方陣由78塊單塊容量為240Wp的太陽能電池板組成，電池組件總功率共為78×240=18.72Wp，安裝傾斜角為41.65度，面向正南方排布。

3.3 設(shè)備選擇

太陽能電池組件電氣參數(shù)如表1。

3.4 工程技術(shù)要求

(1)電性能要求。①正常運行時，光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)接口處三相電壓的允許偏差為額定電壓±7%。②光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)同步運行，輸出頻率允許偏差為額定頻率±0.5Hz。③并網(wǎng)逆變器額定輸出時，電流總諧波畸變限值小于逆變器額定輸出的4%。④光伏系統(tǒng)的輸出大于其額定輸出的50%時，平均功率因數(shù)應(yīng)不小于1.0。⑤光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，電網(wǎng)接口處的電壓不平衡度允許值為2%，短時不得超過4%。⑥光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運行時，逆變器向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不應(yīng)超過其交流額定值的1%。

(2)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求。監(jiān)控系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分，包括自動控制系統(tǒng)和監(jiān)控通信系統(tǒng)。采用通用的通信方式與控制臺計算機通信，并且將相關(guān)信息傳輸?shù)揭壕э@示器上顯示出來。系統(tǒng)配置1套監(jiān)控裝置，利用監(jiān)控軟件實時掌控光伏并網(wǎng)逆變器的工作狀態(tài)和運行參數(shù)，以及光伏陣列現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)。

硬件部分完成信號的采集，傳輸?shù)裙τ谩＼浖糠职〝?shù)據(jù)庫，相關(guān)的控制算法，人機界面，與硬件部分一起完成對整個光伏系統(tǒng)的監(jiān)控。

(3)電纜及橋架敷設(shè)要求。對各電氣部分所需線纜截面積、數(shù)量進行核算，對線纜及相關(guān)部件進行深化設(shè)計選型。

直流側(cè)電纜要以減少線損及減少電磁干擾的原則選型，選用雙絕緣防紫外線阻燃銅芯電纜，電纜性能符合GB/T18950-2003的要求;

配線線槽的布置應(yīng)美觀，與建筑結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)一致，布線應(yīng)隱蔽。配電線槽采用熱鍍鋅鋼板材料并作等電位接地;太陽能電池組件與線槽部分防雷需與整個建筑防雷接地結(jié)合考慮。

(4)防雷系統(tǒng)技術(shù)要求。為了保證系統(tǒng)在雷雨等惡劣天氣情況下能安全運行，要對這套系統(tǒng)采取防雷措施。主要有這幾個方面：①本站太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的接地引下線直接接入變電站主地網(wǎng)。②太陽能電池板支架可靠接地。③并網(wǎng)逆變器內(nèi)設(shè)計防雷器。④并網(wǎng)逆變器交流輸出設(shè)計防雷器。(5)光伏組件安裝及技術(shù)要求。系統(tǒng)的光伏組件安裝采用平板固定式。

4 結(jié)語

本文結(jié)合110kV變電站工程設(shè)計，提出太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用于變電站設(shè)計方案，有效節(jié)約變電站的電能損耗。

相淮昌(1971—),男,漢族,山東日照人,大學(xué)畢業(yè),工程師,國家二級注冊建造師,從事電氣工程設(shè)計已近20年。

譚慶偉(1988—),男,漢族,山東日照人,大學(xué)畢業(yè),助理工程師,從事光伏發(fā)電接入系統(tǒng)設(shè)計已近5年,負責(zé)設(shè)計的多項工程通過上級主管門的審核。