光伏電源引入變電站站用電源的實踐與應用

中國石化集團勝利石油管理局電力管理總公司 劉靜 范永濤 李樹軍 向海

東營市地處中緯度，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，東營市全年平均日照時數2657.5小時，日均光照量7.3小時，日照率為60.8%。現場資源及環境條件優良，適合光伏發電站的運行和維護。

1 概述

勝利油田電力總公司物探變電站擔負著物探公司、現河采油廠的油井及牛莊鎮附近居民生產、生活供電任務。該站現有SL7-5000主變兩臺，35kV進線3條，6kV出線6條，電容器兩組。隨著站用負荷的不斷增加，交流系統供電能力明顯不足。此外，本站站用負荷都取自兩臺站用變所帶的交流屏，當發生全站失電故障時，交流屏失電，部分重要負荷由直流蓄電池所帶的逆變器供電，供電時間有限，不能保證全部站用負荷的供電，可靠性不足。當光伏發電系統作為站用主要供電電源時，大大節省站用電源的消耗，節能減排效果明顯。

1.1 光伏電源引入變電站站用電源的優勢

光伏電源作為站用電源的補充，大大提高了站用電源的可靠性；一次投資，終生受益，太陽能清潔電源無輻射，無污染；使用壽命長，無需專人維護，太陽能電池使用壽命長達25年以上；安全可靠無噪聲，無需消耗燃料，無需機械轉動部件，無需架設輸電線路，按照現場實際情況與建筑物結合安裝；建設周期短，實際建設時間按規模大小來計算；太陽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內容

1.2.1 總體思路

光伏發電系統作為變電站站用電源的補充電源，提高了交、直流系統測控電源的供電可靠性，減少了站用電的消耗，產生一定的經濟和社會效益。

1.2.2 技術方案

圖2 光伏發電系統原理圖

光伏發電系統的主要部件包括光伏發電系統、光伏并網單元、交流匯流箱組成。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，由光伏并網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聯接公共電網來調節（圖2 圖3）。

圖3 光伏發電室內布置

1.2.3 光伏發電并網技術要求

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＞0.9

系統效率≥85%；

2 光伏電源引入變電站站用電源的創新點

2.1 關鍵技術主要創新點

因為直接將電能輸入電網，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發出的電力，減小能量損耗，降低系統成本。并網發電系統能夠并行使用站用電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統的負載缺電率。

2.2 主要設備選型最優化

2.2.1 多晶太陽能光伏組件

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格要比單晶硅低，從控制工程造價的方面考慮，本工程選用性價比較高的多晶硅電池組件，這也與國外的太陽能光伏電池使用情況的發展趨勢相符合。

固定安裝組件安裝方位角采用正南方向，安裝傾角按當地最佳傾角38°設置。保證全年9～15點（真太陽時）時段內前后組件不遮擋。太陽能光伏組件陣列布置以變電站現場條件劃分單元，分別設在主變電室屋頂和兩個宿舍屋頂，這樣可以優化組串與逆變器之間的接線長度，降低工程造價，減少線路損耗；同時光伏組件陣列劃分清晰，有利于將來的運行管理。

2.2.2 光伏并網型逆變器

這種型號的逆變器均有較高的轉換效率、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 并網交流雙投開關

雙電源自動切換開關（WATSN）是施耐德萬高（天津）電氣有限公司利用微機技術開發研制的新一代自動轉換開關。開關帶有機電聯鎖保護，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合。

為滿足現場需求，自動轉換開關可以事先自投自復、自投不自復、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現自動、電動和手動切換。

3 經濟效益與社會效益

物探變電站光伏發電站總裝機容量為35kW，系統交流部分效率按照90%計算，平均每天峰值日照時間按3小時計算，年發電量：35×3×365 ×90%=34492kWh。

變電站光伏發電系統利用太陽能這一綠色、環保、無污染的清潔能源，發電無需消耗燃料，沒有環境污染，實現能源的清潔利用，對保護環境，節省能源做出很大貢獻，而且增加了變電站站用系統的用電可靠性，總體上實現全年站用電量的零消耗。

4 結語

將太陽能轉換成直流電能，直流電接入并網逆變器，并網逆變器將直流電逆變成符合電網要求的交流電，經過交流防雷配電柜接入AC380V/50Hz三相交流電網進行發電，減小變電站能量損耗，降低系統成本，加強了站用電系統的可靠性和穩定性，對變電站的安全生產運行具有重要作用。