光伏发电作为变电站直流系统备用电源的探讨

文/赵志国 山东临沂 276000

张双喜 江苏常州 213000

光伏发电作为变电站直流系统备用电源的探讨

文/赵志国 山东临沂 276000

张双喜 江苏常州 213000

变电站直流系统一般对交流充电电源有较高的可靠性要求。一旦发生交流失电且长时间不能恢复，则蓄电池组成为站内直流系统唯一电源，长时间供直流负荷势必导致蓄电池组端电压下降，严重时若系统出现短路故障则极易造成保护拒动。为确保站内直流系统供电电源可靠性，除了常规的设置两路交流电源互为备用的做法，本文探讨采用光伏发电为直流系统提供备用交直流电源，以提高特殊情况下直流系统可靠性的做法。

光伏发电；直流系统；备用电源

1、太阳能电站发电原理

太阳能光伏并网电站是利用太阳能电池阵列将太阳能转换成为直流电，再通过直流/交流并网逆变器将太阳能发出的直流电逆变成50赫兹、220V/380V的交流电。逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端（220V/380V）并联，将发出的电能通过变压器送入电网。

太阳能光伏独立发电系统是利用太阳电池阵列在太阳光照射下输出电能，经过直流配电器和电源控制器向蓄电池组充电并向直流负载供电。在连续阴雨天光伏电池发电量不能满足向负载供电时，可以由蓄电池通过控制器、继续向负载供电。

2、光伏电站设计理念

2.1最大效率的光伏发电

为了增加并网光伏电站的输出能量，要求太阳能电池板尽可能地将更多的普照在阳光下，根据电站所在地，调整太阳能组件受光角度以获得最大效率。

避免太阳电池板受到遮挡，包括太阳电池板之间的相互遮光，以及安装支架顶边缘、周围可能的建筑物以及其它障碍物遮挡阳光。

高效率的一体化太阳电池组件。

高效率的并网逆变技术。

2.2最小的光伏发电损耗

降低电缆损耗——通过减少电缆长度，可以减小线路上的电压降损失，提高系统的输出能量；减小电缆尺寸，可以降低成本，同时减轻屋顶负荷并增加灵活性。所以从太阳电池到接线箱、接线箱到并网逆变器以及并网逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能保持在最短距离。

降低太阳能电池方阵中太阳电池组件之间的匹配损耗。每个方阵内部太阳电池组件电流一致性最高。

降低太阳能电池方阵与并网逆变器之间的匹配损耗。组成太阳能电池方阵的太阳能电池串并联数要与所选并网逆变器性能匹配。

降低输配电的损耗。

2.3光伏发电系统运行稳定性、安全性

太阳能电池方阵与所选并网逆变器之间的匹配。太阳能电池的性能（电压，功率等）与温度密切相关，组成太阳能电池方阵的太阳能电池串并联数要与所选并网逆变器性能匹配。

系统设计的合理性。如采用冗余的并网逆变器并联技术，可以增加逆变系统运行的可靠性。电站可根据产生电能的大小对电站进行自适应控制，既能保证本身耗能最小，又能保证电站的安全运营。光伏电站回馈给公用电网的电力，必须满足电网规定的指标，逆变器输出电流的高次谐波必须尽量减少、不能对电网造成谐波污染等，并要求逆变器在负载和日照变化幅度较大的情况下均能高效运行。

防雷，避雷系统的可靠性。

完善的监视，监控系统。

3、太阳能光伏电站设计

光伏发电系统主要由下述各部分组成：

光伏阵列: 包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等)、接线箱、电缆电线等。

直流-交流逆变设备: 包括交、直流配电柜（箱）、并网逆变器等。

光伏充电设施: 包括光伏充电控制器等。

控制检测系统: 包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设备等。

附属设施: 防雷及接地保护装置等。

3.1变电站太阳能光伏电站的设计及构成

考虑到光伏电站安装在变电站内的特殊性，一方面为增加变电站直流系统的可靠性，把光伏电站设计成一个独立的直流发电装置，以作为变电站直流系统的备用直流充电机；另一方面为降低变电站站用电损耗，增加光伏电站利用率，让光伏电站具有并网发电功能。

原理框图如图1所示。

3.2光伏方阵的构成

根据变电站直流系统蓄电池充电要求，兼顾并网逆变器工作条件，结合当地气象信息，光伏组件具体配置如下：

采用S-180C组件，平均180W，开路电压（Voc）43V，最大工作点电压（Vmp） 35.5V。

建议采用9串3并的光伏组件方阵，方阵功率为4860W，共27块组件。

3.3太阳能电池组件

太阳电池阵列是光伏系统的主要发电来源。太阳电池阵列由太阳电池组件、接线盒及支架组成。采用专用铝合金外框，组件安装架设十分方便。组件的背面安装有一个防水接线盒，通过接线盒可以方便的与外电路连接。对每一块太阳电池组件，电池具备25年以上的使用寿命。太阳电池组件采用单晶硅太阳电池组件。

3.4光伏充电控制器

光伏充电控制器是专门为光伏发电系统设计生产的。它控制太阳电池给蓄电池充电、（蓄电池向直流负载供电、逆变器的输入电源以及向交流配电器供电），同时控制器对蓄电池的过充、过放进行保护。另外，控制器还具有报警、系统监控、反充电保护、浪涌及短路保护等功能。

3.5直流-交流逆变设备（并网逆变器）

光伏直流/交流电力转换器采用国际知名公司32位专用DSP芯片LF2407A控制，主电路采用最先进的智能功率IGBT模块（IPM）组装，采用电流控制型PWM有源逆变技术和优质环行变压器。

逆变器同时提供液晶LCD+按键人机界面，同时提供RS485通讯接口，可以方便地与系统运行指示牌和上位机进行通讯，实现远程监控。

3.6光伏电站监测系统

系统采用独立监测系统检测并网电站运行状况，利用工控机采集数据，用大屏幕液晶电视作为显示。

结论：

通过光伏发电装置在变电站直流系统的应用，不但使用了太阳能这一绿色、环保无污染的清洁能源，而且增加了变电站直流系统的可靠性。利用太阳能发电的节能思想，面对传统能源日益紧张的形势，颇具前瞻性，将有效促进人与自然的和谐发展。

[1]太阳能光伏发电实用技术[M].北京：化学工业出版社，2005：8-16.

[2]太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京：科学出版社，2006:55-70.

赵志国(身份证:372829197804220011)男,山东省临沂。

张双喜(身份证:320483198111078235)男,江苏常州。