光伏電源引入變電站站用電源的實(shí)踐與應(yīng)用

中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局電力管理總公司 劉靜 范永濤 李樹(shù)軍 向海

東營(yíng)市地處中緯度，背陸面海，受歐亞大陸和太平洋的共同影響，屬暖溫帶季風(fēng)型大陸性氣候。基本氣候特征為冬寒夏熱，四季分明。全年雨雪稀少，東營(yíng)市全年平均日照時(shí)數(shù)2657.5小時(shí)，日均光照量7.3小時(shí)，日照率為60.8%。現(xiàn)場(chǎng)資源及環(huán)境條件優(yōu)良，適合光伏發(fā)電站的運(yùn)行和維護(hù)。

1 概述

勝利油田電力總公司物探變電站擔(dān)負(fù)著物探公司、現(xiàn)河采油廠(chǎng)的油井及牛莊鎮(zhèn)附近居民生產(chǎn)、生活供電任務(wù)。該站現(xiàn)有SL7-5000主變兩臺(tái)，35kV進(jìn)線(xiàn)3條，6kV出線(xiàn)6條，電容器兩組。隨著站用負(fù)荷的不斷增加，交流系統(tǒng)供電能力明顯不足。此外，本站站用負(fù)荷都取自?xún)膳_(tái)站用變所帶的交流屏，當(dāng)發(fā)生全站失電故障時(shí)，交流屏失電，部分重要負(fù)荷由直流蓄電池所帶的逆變器供電，供電時(shí)間有限，不能保證全部站用負(fù)荷的供電，可靠性不足。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)作為站用主要供電電源時(shí)，大大節(jié)省站用電源的消耗，節(jié)能減排效果明顯。

1.1 光伏電源引入變電站站用電源的優(yōu)勢(shì)

光伏電源作為站用電源的補(bǔ)充，大大提高了站用電源的可靠性；一次投資，終生受益，太陽(yáng)能清潔電源無(wú)輻射，無(wú)污染；使用壽命長(zhǎng)，無(wú)需專(zhuān)人維護(hù)，太陽(yáng)能電池使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年以上；安全可靠無(wú)噪聲，無(wú)需消耗燃料，無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，無(wú)需架設(shè)輸電線(xiàn)路，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與建筑物結(jié)合安裝；建設(shè)周期短，實(shí)際建設(shè)時(shí)間按規(guī)模大小來(lái)計(jì)算；太陽(yáng)能電池板一般安裝在建筑物屋頂，不破壞建筑外觀，不影響環(huán)境（圖1）。

圖1 光伏電池板安裝圖

1.2 光伏電源引入變電站站用電源的技術(shù)內(nèi)容

1.2.1 總體思路

光伏發(fā)電系統(tǒng)作為變電站站用電源的補(bǔ)充電源，提高了交、直流系統(tǒng)測(cè)控電源的供電可靠性，減少了站用電的消耗，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1.2.2 技術(shù)方案

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部件包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏并網(wǎng)單元、交流匯流箱組成。其運(yùn)行模式是在有太陽(yáng)輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池組件陣列將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換輸出的電能，由光伏并網(wǎng)單元變成交流電供給變電站交流屏，多余或不足的電力通過(guò)聯(lián)接公共電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)（圖2 圖3）。

圖3 光伏發(fā)電室內(nèi)布置

1.2.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)要求

額定輸入交流電源為三相380V±5%， 50Hz±1%。

額定輸出交流電壓為380V和220V。

功率因數(shù)＞0.9

系統(tǒng)效率≥85%；

2 光伏電源引入變電站站用電源的創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

因?yàn)橹苯訉㈦娔茌斎腚娋W(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲(chǔ)能和釋放的過(guò)程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用站用電和可再生能源作為本地交流負(fù)載的電源，降低整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)載缺電率。

2.2 主要設(shè)備選型最優(yōu)化

2.2.1 多晶太陽(yáng)能光伏組件

在單晶硅電池和多晶電池選擇上，由于多晶硅電池組件的價(jià)格要比單晶硅低，從控制工程造價(jià)的方面考慮，本工程選用性?xún)r(jià)比較高的多晶硅電池組件，這也與國(guó)外的太陽(yáng)能光伏電池使用情況的發(fā)展趨勢(shì)相符合。

固定安裝組件安裝方位角采用正南方向，安裝傾角按當(dāng)?shù)刈罴褍A角38°設(shè)置。保證全年9～15點(diǎn)（真太陽(yáng)時(shí)）時(shí)段內(nèi)前后組件不遮擋。太陽(yáng)能光伏組件陣列布置以變電站現(xiàn)場(chǎng)條件劃分單元，分別設(shè)在主變電室屋頂和兩個(gè)宿舍屋頂，這樣可以?xún)?yōu)化組串與逆變器之間的接線(xiàn)長(zhǎng)度，降低工程造價(jià)，減少線(xiàn)路損耗；同時(shí)光伏組件陣列劃分清晰，有利于將來(lái)的運(yùn)行管理。

2.2.2 光伏并網(wǎng)型逆變器

這種型號(hào)的逆變器均有較高的轉(zhuǎn)換效率、較高的效率、較高的可靠性、輸入電壓有較寬的適用范圍。

2.2.3 并網(wǎng)交流雙投開(kāi)關(guān)

雙電源自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)（WATSN）是施耐德萬(wàn)高（天津）電氣有限公司利用微機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)研制的新一代自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)帶有機(jī)電聯(lián)鎖保護(hù)，確保站用電源和光伏電源兩路電源正常工作，互不干涉；特別適用于不容許電源斷電的主要供電場(chǎng)合。

為滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)可以事先自投自復(fù)、自投不自復(fù)、互為備用三種不同的工作方式。兩路交流輸入電源，該兩路交流輸入電源可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、電動(dòng)和手動(dòng)切換。

3 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

物探變電站光伏發(fā)電站總裝機(jī)容量為35kW，系統(tǒng)交流部分效率按照90%計(jì)算，平均每天峰值日照時(shí)間按3小時(shí)計(jì)算，年發(fā)電量：35×3×365 ×90%=34492kWh。

變電站光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽(yáng)能這一綠色、環(huán)保、無(wú)污染的清潔能源，發(fā)電無(wú)需消耗燃料，沒(méi)有環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)能源的清潔利用，對(duì)保護(hù)環(huán)境，節(jié)省能源做出很大貢獻(xiàn)，而且增加了變電站站用系統(tǒng)的用電可靠性，總體上實(shí)現(xiàn)全年站用電量的零消耗。

4 結(jié)語(yǔ)

將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電能，直流電接入并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器將直流電逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電，經(jīng)過(guò)交流防雷配電柜接入AC380V/50Hz三相交流電網(wǎng)進(jìn)行發(fā)電，減小變電站能量損耗，降低系統(tǒng)成本，加強(qiáng)了站用電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，對(duì)變電站的安全生產(chǎn)運(yùn)行具有重要作用。