太阳能光伏发电系统在变电站工程中的应用

相淮昌 谭庆伟

(日照电力经济技术研究所,山东日照 276826)

太阳能光伏发电系统在变电站工程中的应用

相淮昌 谭庆伟

(日照电力经济技术研究所,山东日照 276826)

分析现阶段太阳能光伏发电系统的电池选择、安装方式、运行方式,结合110kV变电站土建及电气设计的实例。提出110kV变电站用电系统后供站内负荷使用,有效节约变电站负荷的电能损耗,收到良好的投资效果。

110kV变电站 光伏发电 节约电能损耗

1 太阳能光伏发电系统

光伏发电系统主要由太阳能组件(电池板)、控制器和逆变器三大部分组成。①太阳能电池。光伏发电技术的关键元件是太阳能电池，在同等条件下晶体硅电池与薄膜电池发电量约为3：1.1。②安装方式。晶体硅电池组成的太阳能组件，可安装在屋顶;也可垂直安装于墙面或替换窗户玻璃，但垂直安装不是最佳角度，发电效率仅为选择最佳角度时的40%，若作为窗户玻璃会对室内采光造成影响。③运行方式。从运行方式上来讲，目前的太阳能光伏发电系统大致可分为三类，离网光伏蓄电系统，不带蓄电池的光伏并网发电系统及带蓄电池的光伏并网发电系统。

2 本工程太阳能电池及运行方式的选择

(1)太阳能电池的选择。本工程所处地区，年平均日照2533小时，属于太阳能资源最丰富的区域，适合发展光伏发电。现以本地区日照情况，采用晶本工程中建议采用晶体硅安装在屋顶的方式。

(2)运行方式的选择。由于本站光伏发电系统的发电功率不会太大，且太阳能输出为渐变而不是突变，因此对电网的造成电压波动能够满足国家规定。而只要选择合格的光伏发电产品，谐波含量满足国家规定≤3%，谐波不会对电网造成影响。因此，本工程具备并网运行的条件。

3 方案设计

3.1 工程环境和条件

系统所在地区：北纬35°39＇东经119°53＇;系统安装场所：110kV变电站楼顶;电池板朝向及安装角度：朝南41.65度倾角安装于楼顶;气候资源：日照暖温带半湿润季风区大陆性气候，四季分明，冬无严寒，夏无酷暑，非常潮湿，台风登陆频繁，平均风速3.4m/s，极端风速27m/s。年均气温12.6℃，年均湿度72%，无霜期223天，年平均日照2533小时，年均降水量870毫米。

3.2 光伏系统建设规模及系统组成

该110kV变电站综合配电楼楼顶可供安装面积约为：392.7m2，考虑上午9：00至下午3：00太阳能方阵不应被遮挡，通过计算日照地区最佳安装倾角为41.65度，方阵间距应大于4.6m。

表1

通过布置和计算，总装机容量为18.72kWp，采用多晶硅组件。

系统组成：本工程太阳能发电系统方阵由78块单块容量为240Wp的太阳能电池板组成，电池组件总功率共为78×240=18.72Wp，安装倾斜角为41.65度，面向正南方排布。

3.3 设备选择

太阳能电池组件电气参数如表1。

3.4 工程技术要求

(1)电性能要求。①正常运行时，光伏系统和电网接口处三相电压的允许偏差为额定电压±7%。②光伏系统与电网同步运行，输出频率允许偏差为额定频率±0.5Hz。③并网逆变器额定输出时，电流总谐波畸变限值小于逆变器额定输出的4%。④光伏系统的输出大于其额定输出的50%时，平均功率因数应不小于1.0。⑤光伏系统并网运行时，电网接口处的电压不平衡度允许值为2%，短时不得超过4%。⑥光伏系统并网运行时，逆变器向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流额定值的1%。

(2)监控系统技术要求。监控系统包括硬件部分和软件部分，包括自动控制系统和监控通信系统。采用通用的通信方式与控制台计算机通信，并且将相关信息传输到液晶显示器上显示出来。系统配置1套监控装置，利用监控软件实时掌控光伏并网逆变器的工作状态和运行参数，以及光伏阵列现场的环境参数。

硬件部分完成信号的采集，传输等功用。软件部分包括数据库，相关的控制算法，人机界面，与硬件部分一起完成对整个光伏系统的监控。

(3)电缆及桥架敷设要求。对各电气部分所需线缆截面积、数量进行核算，对线缆及相关部件进行深化设计选型。

直流侧电缆要以减少线损及减少电磁干扰的原则选型，选用双绝缘防紫外线阻燃铜芯电缆，电缆性能符合GB/T18950-2003的要求;

配线线槽的布置应美观，与建筑结构协调一致，布线应隐蔽。配电线槽采用热镀锌钢板材料并作等电位接地;太阳能电池组件与线槽部分防雷需与整个建筑防雷接地结合考虑。

(4)防雷系统技术要求。为了保证系统在雷雨等恶劣天气情况下能安全运行，要对这套系统采取防雷措施。主要有这几个方面：①本站太阳能光伏发电系统的接地引下线直接接入变电站主地网。②太阳能电池板支架可靠接地。③并网逆变器内设计防雷器。④并网逆变器交流输出设计防雷器。(5)光伏组件安装及技术要求。系统的光伏组件安装采用平板固定式。

4 结语

本文结合110kV变电站工程设计，提出太阳能光伏发电系统的技术应用于变电站设计方案，有效节约变电站的电能损耗。

相淮昌(1971—),男,汉族,山东日照人,大学毕业,工程师,国家二级注册建造师,从事电气工程设计已近20年。

谭庆伟(1988—),男,汉族,山东日照人,大学毕业,助理工程师,从事光伏发电接入系统设计已近5年,负责设计的多项工程通过上级主管门的审核。