光伏并网发电在城市供水泵站中的应用

刘大伟

从供给侧角度分析，本文以引嫩入白城市供水工程青山加压泵站为例，利用原有工程设施，实施光伏发电并网项目，加大电源测供给，以实现当下社会提倡的节能增效降成本共赢理念。

1.项目简述

青山泵站位于白城市城区以北，洮北区青山镇永胜村境内，距白城市中心约15km，位于207省道东侧，距207省道4km，有村道相通。

本工程位于青山泵站内，建设总容量为332.54KWp的分布式低压并网型光伏电站，自发自用余电上网，采用固定式支架安装及彩钢瓦平铺安装，共使用2栋建筑彩钢瓦/瓷瓦屋面以及泵站集水池水泥盖板。

该项目可以充分利用当地的太阳能资源，改善白城市能源结构，节约有限的煤炭、石油资源以及宝贵的水资源，间接保护水土环境。

2.光伏组件选择

太阳电池组件为室外安装发电设备，是光伏电站的核心设备，要求具有非常好的耐侯性，能在室外严酷的环境下长期稳定可靠地运行，同时具有高的转换效率。本工程采用晶科能源能生产的270W型多晶硅光伏组件。

3.逆变器选型

本项目并网逆变器采用30kW组串型并网逆变器。逆变器是光伏发电的核心设备，它将太阳能电池板产生的直流电转换为标准的交流电。逆变器的品质好坏决定了发电效率的大小。本期装机容量为332.54kWp，选用10台30KW组串型并网逆变器。

4.电气一次

4.1总体说明：系统一次主要设备包括光伏组件（阵列）、并网逆变器、并网柜、计量柜。本期装机容量为332.54kWp，选择国内主流一线厂家生产的265/270W（晶科）型多晶硅组件，共1240块。项目选择古瑞瓦特生产的GW30KTL型30kW并网逆变器4台、GW33KTL型33kW并网逆变器6台，10台并网逆变器通过1台并网柜，接入到泵站10KV变压器400V下端，通过并网柜并入400V母线。

4.2组串设计：光伏组件的组串数量将会决定逆变器的直流输入电压。组串电压需在逆变器的正常的MPPT电压范围内，才能获得最佳的逆变效率。本方案每个组串的组件串联数量为22片，标准状况下，每个组串的输出为667V，位于所选并网逆变器的满载MPPT电压范围内（480～800V），且为偏中间位置。因此该设计方案可行。30KW组串型逆变器通过10台6汇1的逆变器接入约22串子阵列。

4.3接入电力系统方案：项目采用用户侧中压并网方式，实现光伏发电自发自用，余电上网。即以400V电压等级接入用户配电网。本方案公共连接点（PCC）是400V配电网，并网点（POI）为用户侧配电网汇流母线。在1号用户变低压母线出线柜设置1个并网接入点，系统以1回线路接入原有供电配电柜10kV母线，接入方案参照“国家电网公司分布式光伏发电接入系统典型设计方案”中的XGF380-Z-Z1方案，一次系统接线示意图见下图十：

项目400V低压并网点设置为关口计量点，每个关口计量点配套安装的发电计量仪表类型为三相四线制多功能电能表，电能表精度为0.2s级，具有RS-485串口输出方式，并具备脉冲输出方式，脉冲输出为无源接点。余电上网计量表设置在用户总的关口计量处。

4.4无功补偿：400V并网系统的无功补偿可以利用厂区配电室的无功容量及其调节能力，再结合10KV母线及0.4kV母线上原接有的无功补偿设备进行无功调节。

4.5防雷、接地极过电压保护设计：安装太阳能电池方阵面积大，电池组件及支架，均为导电性能良好的金属材料，易遭受直接雷击和形成感应过电压。因此，根据白城地区年平均雷暴日数和电池板的占地面积，客观地分析光伏方阵遭受直击雷的概率，进行设计。直击雷的防护：光伏阵列组成接地网的方式实现项目内太阳能电池方阵的直击雷防护。整个光伏阵列支架与接地网直接相连至主接地网上，实现等电位联接。交流侧的直击雷防护按照电力系统行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》进行。感应雷防护和接地：针对感应雷的破坏途径，采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法进行有效的防护，以保证人身和设备的安全。在各个电气进、出线接口处设置防感应雷设备（浪涌保护器），保护各级配电设备。

5.电气二次

5.1电站调度管理与运行方式：项目将采用集中控制方式，在集控室实现对主要电气设备的遥测、遥控、遥调、遥信等功能。

5.2电站自动控制：项目将设置监控系统，监控系统是以远景内部原有监控系统为核心，通过读取逆变器的运行及历史数据，来构建光伏监控系统。

5.3继电保护及安全自动装置：并网开关柜上装设具有“失压跳闸，检有压合闸”保护功能的断路器。逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等，装置异常时自动脱离系统。原有供电母线增加母线保护装置，并增加稳压稳频控制保护装置。在并网点位置增加A类电能质量在线监测装置。电能质量在线监测装置需要满足电力公司相关规定和要求。

5.4火灾自动报警系统：系统的电气配电间将设置火灾报警探测器，火灾报警探测器纳入到整个厂区的火灾自动报警系统中，一旦房间内发生火灾，该区域内的火灾报警探测器能判别火灾并发信号至当地消防控制中心，由消防控制中心发出警报并进行相关联动。

5.5通信：项目的通信方式，监控系统与逆变器等设备通讯，采用485通讯方式，其它则考虑采用以太网、4G无线网络。与电力公司部分的通讯采用无线公网方式进行数据上传和通讯。

5.6计量：系统接入点设置发电计量表计，用户用电关口计量处装设余电上网计量表计。

6.项目发电量与自发自用比例

6.1年上网电量估算：多晶硅组件在光照及常规大气环境中使用会有衰减，按系统25年输出第一年衰减2.5%，以后每年衰减0.7%计算发电量。

结论：由以上计算可得，本工程25年总发电量约为1030.36万kWh，25年年平均发电约41.21万KWh。年利用小时数为：1550小时。

6.2用户用电情况：青山泵站的用电情况为：泵站实行24小时工作制，节假日正常运营。有2台1250kVA变压器给泵站供电，正常生产情况下，变压器的负荷值在40%～70%之间，当日内负荷较为均匀，负荷类型为照明、电机设备等。每年的耗电量约40万KWh。除特殊因素检修停用外，项目的自发自用比例可达100%。

7.經济与社会影响分析

7.1经济影响分析：本项目投产后，自发自用年节约电费30万元，获得国家财政补贴17万元（含税）。

7.2社会影响分析：由于本项目是节能环保工程，给当地的经济、环境都带来积极的影响，无不利的社会影响。

光伏并网电站在城市供水泵站中的应用，符合我国21世纪可持续发展能源战略规划和国家供给侧结构性改革要求，也是发展循环经济模式，建设和谐社会的具体体现。同时，对推进太阳能利用及光伏发电产业的发展进程具有非常大的意义，预期有着合理的经济效益和显著的社会效益。