太阳能光伏发电系统与电气化铁路融合探讨

摘要：日前，《2004BP世界能源统计年鉴》测算世界石油总储量为1.15万亿桶，以目前的开采速度计算，可供生产41年。面对环境的污染、生存空间的日益缩减，人们必须重新审视不可再生的化石能源带来的种种问题。文章阐述了太阳能光伏发电系统与电气化铁路融合的设计方案，仅供参考。

关键词：太阳能；光伏发电系统；电气化铁路；光伏组件；新能源 文献标识码：A

中图分类号：U665 文章编号：1009-2374（2015）12-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.041

1 光伏发电系统建设的方式

1.1 光伏发电系统的组成形式

当南广和贵广铁路开通后，广东境内铁路运营里程突破3900km。考虑到电气化铁路运行的特殊性以及能够保证其通讯不受干扰，采用间歇式建设拱形构架（顶部安装，两侧不封闭）。以16m长作为一个建设单元、5m长作为一个间隔段进行建造，这样1km电气化铁路装机容量约为2300kW。电气化铁路段为南北走向时，在铁路段两侧可以安装不超过1.8m高的太阳能光伏组件，在一定程度上可以充当隔音墙。

1.3 分布式光伏发电的性能

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少化石能源消费。

分布式光伏发电具有以下特点：（1）输出功率相对较小；（2）污染小，环保效益突出；（3）能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况；（4）可以发电用电并存。分布式光伏发电是接入配电网，发电用电并存，且要求尽可能地就地消纳。1km电气化铁路光伏发电工程装机容量为2472.5kWp，属于输出功率相对较小的情况，正符合分布式光伏发电的模式。建议在铁路沿线各小站配电房作为并网接入点。本期工程装机容量为2472.5kWp，本工程以交流并网柜为界，本方案主要包括交流并网柜至并网点的接入系统方案，综合考虑发电系统的装机容量及发电原理与相应规范，接入系统示意图如下：

1.4 接入电网电压等级

根据《南方电网10kV及以下中业扩受电工程典型设计图集（2014版）》第十部分：“200kW以上分布式光伏发电系统电源，宜接入10kV电压等级系统。”《广东电网公司分布式光伏发电接入计量方案（试行）》：“单个接入点的分布式光伏发电容量为100kVA及以上时，可采用10（20）kV电压等级接入或0.4kV电压等级接入，但接入点电压等级应与用户的原供电电源电压等级一致。”本方案采用站内自发自用、余电上网的方式，并入站内配电网，本项目光伏发电采用10kV接入系统，就地消纳是合适的。

1.5 光伏组件主要性能参数

2 光伏发电系统电气参数要求

2.1 电压偏差

为了使当地交流负载正常工作，光伏系统输出电压应与电网相匹配。光伏发电站接入电力系统后，应使电网接口处的电压偏差符合《电能质量供电电压允许偏差（GB/T12325-2008）》的规定。三相电压的允许偏差为额定电压的±7%，单相电压的允许偏差为额定电压的-10%～+7%。

2.2 频率

当分布式光伏发电系统并网点频率在49.5～50.2Hz范围之内时，分布式光伏发电系统应能正常运行。

2.3 功率因数

分布式光伏发电系统功率因数应在0.95（超前）～0.95（滞后）范围内连续可调。

2.4 谐波和波形畸变

光伏系统的输出应有较低的电流畸变，以确保对连接到电网的其他设备不造成不利影响。光伏发电站并网运行时，向电网注入的谐波电流应满足GB/T14549-1993的要求。

2.5 直流分量

分布式光伏发电系统向公共连接点注入的直流电流分量不应超过其交流额定值的0.5%。

2.6 电压波动和闪变

分布式光伏发电系统接入后，所接入公共连接点的电压波动和闪变值应满足GB/T12326的要求。

2.7 电压不平衡度

分布式光伏发电系统接入后，所接入公共连接点的电压不平衡度应满足GB/T15543-2008的要求。接于公共连接点的每个用户引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。

3 光伏发电系统建设的必要性及其在配电网中的地位和作用

3.1 适应负荷发展的需要，减轻电网供电压力

经济的迅速发展势必带来电力负荷的迅速增长，供电压力也将进一步加大。发达地区范围内110kV及以下电源容量少，负荷的用电大部分依靠电网下送。本方案在电气化铁路部分路段安装太阳能光伏组件，无需额外征地，在节约了大量的土地的同时，也降低了工程的整体投资。分布式光伏电站可为电气化铁路沿线站点设备提供电能，可以降低电气化铁路沿线站点设备对外部电源供电的依赖，在一定程度上减轻当地电网的供电压力。规模适当后并网发电，改善沿海地区的电能结构。

3.2 开发清洁能源，调整能源结构

本项目位置处于沿海地区，具有很好的光伏资源开发优势和前景，应予以优先安排开发，充分利用太阳能这种可再生资源，节能减排，因此，太阳能光伏发电系统与电气化铁路融合设计方案是必要的和可行的。

4 结语

中国大部分城市出现了雾霾，超越省界的大气污染，形成了广泛的环境酸化，水体、土壤遭到不同程度的污染，严重的地方直接威胁到了人类的饮水安全。石化能源终将枯竭，严重影响我们的未来发展。能源问题是亟待解决的问题，光伏发电是一种清洁、环保、节能的新的发电形式，积极推进，鼓励发展是有意义的。作为电力的设计人员，我们应该积极推进新型可再生能源的推广和应用。改善现有的能源结构既是改善我们的居住环境，也是唯一能留给后代的礼物。分布式光伏发电虽然局部功率过小，但是星星之火一定可以燎原。

参考文献

[1] 郑诗程，丁明，苏建徽，茆美琴.户用光伏并网发电系统的研究与设计[J].电力电子技术，2005，（1）.

[2] 陈伟，石晶，任丽，唐跃进，石延辉.微网中的多元复合储能技术[J].电力系统自动化，2010，（1）.

作者简介：朱晔澍（1984-），男，湖南娄底人，供职于惠州电力勘察设计院有限公司，研究方向：电力勘察设计。

（责任编辑：黄银芳）