移动式变电站太阳能应急系统设计

王军+程杰

摘 要：太阳能发电作为可再生能源利用的重要形式，在移动式变电站太阳能应急系统设计中具有重要作用。本文现主要对移动式变电站太阳能应急系统的基础设计和重点设计进行了分析和探讨。

关键词：移动式变电站；太阳能；应急系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.098

0 前言

本文所设计的移动式变电站太阳能应急系统，主要使用了柔性太阳能组件，可折叠、弯曲，拆、运方便，且不受地形限制，具有良好的通用性。因此，本系统可以被积极应用和推广。

1 移动式变电站太阳能应急系统基础设计

1.1 负载安装地点设计

本移动式变电站太阳能应急系统的负载情况主要包括：约2.5kW的110kV变电站二次设备、约1.5kW的35kV变电站二次设备；安装地点在安顺市郊供电局所属变电站；系统的运行要求为，只要有太阳光照就必须连续运行。

1.2 整体电路结构设计

整体电路结构设计亦属于移动式变电站太阳能应急系统的基础设计内容，其中主要包括了直流汇流箱3KW、6进1出MC4、二极管、熔断器、断路器、避雷器等光伏组件，DC-DC充电控制器（48V、60A），DC-AC逆变器（220V、3KW），电脑、照明等负荷总功率小于逆变器的负载。

2 移动式变电站太阳能应急系统重点设计

2.1 光伏组件方阵设计

光伏组件方阵设计当中主要包括了光伏组件单体的设计和光伏组件件的设计两个部分。光伏组件单体可以说是光电转换的最小单元，一般尺寸在4cm2到100cm2，工作电压在0.5V左右，工作电流在20-25mA/cm2左右，需要注意的是不能够将光伏组件单体作为电源单独使用[1]。不同的光伏组件单体在串并联封装后可以形成光伏组件件，此时其功率可以达到几瓦到几百瓦，且能够作为电源单独使用。由光伏组件单体形成的光伏组件件再次串并联封装可以形成光伏组件方阵，能够良好的满足移动式变电站太阳能应急系统负载所要求的输出功率。

移动式变电站太阳能应急系统的光伏组件单体基本为硅光伏组件单体，其主要由一个晶体硅片组成，上表面排列了比较紧密的金属栅线，下表面为金属层[2]。每个光伏组件件的电压基本上在0.5V左右，与实际所需要的电压存在比较大的差距，只有将多个光伏组件件连接成为光伏组件，再利用导线将多个光伏组件相连，方能够产生可以满足实际需要的电压。一般情况下，一个光伏组件上需要有36片光伏组件件，此时光伏组件便能够产生17V左右的电压。

通过上述方式设计的光伏组件方阵，具有良好的防腐、防风、防雨、防雹等功能，具有比较高的可靠性。另外，由于光伏组件件的输出功率率与太阳辐射度、太阳能光谱的分布、光伏组件温度等均存在密切的关联，因此需要在标准条件下进行光伏组件件的测量，即必须要保证光谱辐照度为1000W/m2，大气质量系数为AM1.5，光伏组件温度为25℃，由此光伏组件件的输出功率方为峰值功率。

2.2 光伏电源控制器设计

本文设计的移动式变电站太阳能应急系统中，光伏电源控制器主要包括了单路并联型充放电控制器和串联型充放电控制器。

首先，单路并联型充放电控制器充电回路当中的开关器T1属于并联在光伏组件方阵中的输出端，一般在蓄电池的电压超过了“充满切离电压”时，T1便会导通，二极管D1便会截止，光伏组件方阵的输出电流百年能够在T1处直接发生短路泄放，不会进行蓄电池的继续充电，从而保证起到蓄电池“过充电保护”的作用。D1作为防“反充电二极管”，能够起到良好的“防反向充电保护”作用；开关器件T2作为蓄电池放电开关，在关断时能够起到“输电短路保护”和“输电过载保护”的作用；D2作为“防反接二极管”，能够起到一定“防蓄电池反接保护”作用。

其次，串联型充放电控制器具有与单路并联型充放电控制器比较相似的电路结构，但是在开关器件T1的接法上存在比较明显的区别。单路并联型充放电控制器的开关器件T1主要并联在光伏组件方阵的输出端，串联型充放电控制器的开光器件T1则主要串联在充电回路当中。此时，若蓄电池的电压超过了“充满切离电压”，开关器件T1便会关断，光伏组件便不会继续进行蓄电池的充电，由此能够达到良好的“过充电保护”效果。其他元件作用与单路并联型充放电控制器基本相同。

2.3 DC-AC逆变器设计

移动式变电站太阳能应急系统设计中进行DC-AC逆变器的设计时，必须要保证逆变电源符合该应急系统的要求[3]。采用交流电力输出的移动式变电站太阳能应急系统时，逆变电源属于关键的组成部分，因此整个应急系统会对逆变电源提出比较高的要求。首先，在效率方面按要求最大限度的对光伏组件加以利用，在光伏组件价格偏高的情况下提高系统整体效率。其次，在可靠性方面，要求进行元器件的严格筛选，保证逆变电源具有多种保护功能，包括过热保护、过载保护、交流输出短路保护、输入滞留极性接反保护等。最后，在直流输入电压适应范围方面，要求逆变电源在直流输入电压范围内正常工作，保证交流输出电压具有稳定性。

3 结论

本文所设计的移动式变电站太阳能应急系统，可使变电二次设备无需外接发电机，只需要低压配电柜自动切换到太阳能电源，就可以代替电池组供电，同时还能减少站用电源损耗。

参考文献：

[1]周林，吴明朝，廖彬强等.移动式变电站技术在智能电网建设中的应用[J].电网与清洁能源，2016，32（09）：29-32.

[2]何书华，郑剑武.10kV移动智能变电站的研制与应用[J].企业技术开发，2015，34（33）：80-81.

[3]桑丙玉，陶以彬，苏广宁等.移動式电池储能供电系统应用模式研究[J].电气应用，2013，32（19）：58-62.endprint