基于110kV錐山變電站光伏并網發電系統研究

　　【摘要】對110kV 錐山變電站光伏并網發電系統的結構進行了介紹,對光伏并網發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,從太陽能發電量和節能減排效益的角度認為該太陽能光伏發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，具有獨特的優勢和巨大的開發利用潛力。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境的協調發展。21 世紀以來， 世界太陽能光伏發電產業快速發展，市場應用規模迅速擴大。為了研究光伏并網發電應用技術，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。

　　整個光伏并網發電系統配置1 套監控裝置， 通過RS485 或Ethernet（以太網）通訊接口將系統的工作狀態和運行數據以及環境參數提供給專業技術人員進行實時監測。
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視。

　　3 太陽能電池組件方陣的設計

　　3．1 太陽能電池發電原理和分類

　　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，優化設計支架與水平地面傾角為27.4°。

　　整個發電系統采用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。