太陽能發(fā)電技術(shù)在500 kV芝堰變電站的應(yīng)用

杜 俊，蘇海智

（金華電業(yè)局，浙江 金華 321001）

傳統(tǒng)的燃料能源正在一天天減少，對環(huán)境造成的危害日益突出，全世界都把目光投向了可再生能源，這之中太陽能以其獨有的優(yōu)勢而成為人們注視的焦點，豐富的太陽輻射能是取之不盡用之不竭的能源。為充分利用太陽能，金華電業(yè)局在500 kV芝堰變開展了光伏發(fā)電應(yīng)用研究。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

芝堰變光伏系統(tǒng)安裝容量20.8 kW，估計投入150萬元。根據(jù)芝堰變的地理位置和光照量，其全年發(fā)電量估算為20 000 kWh，能滿足500 kV芝堰變10%的日常用電量。光伏系統(tǒng)主要由逆變器、直流配電箱、光伏電池板、穩(wěn)壓控制器等部件組成，系統(tǒng)組成見圖1。

多晶硅太陽能光伏電池將太陽能轉(zhuǎn)換成直流電能。直流電壓經(jīng)過穩(wěn)壓控制器降壓和穩(wěn)壓后輸出給逆變器，在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用正常工作方式（對交流系統(tǒng)供電）時，第一、第二陣列的全部太陽能光伏電池都對負(fù)載供電，其輸出電壓為直流500 V左右，逆變器將直流500 V逆變?yōu)榻涣?80 V，然后并入站用電系統(tǒng)。備用工作方式則只接入直流流系統(tǒng)：此方式時只有第一陣列48只太陽能光伏電池板以6串8并接線方式投入運行，經(jīng)控制器變壓輸出110 V直流電，接入0號充電機直流輸出側(cè)開關(guān)，可對變電站1號、2號蓄電池組充電。光伏系統(tǒng)通過61850規(guī)約與一體化信息平臺通信，將系統(tǒng)的工作狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)傳送給一體化信息平臺，供運行人員實時監(jiān)測。

圖1 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖

2 主要部件介紹

2.1 太陽能電池組方陣的設(shè)計

太陽能光伏發(fā)電的原理是太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。

太陽能電池板根據(jù)屋頂?shù)拿娣e、形狀進(jìn)行排列，分二組，共計104只多晶硅太陽能光伏電池板，16個電池組件，每組電池組件放置6塊太陽能電池板。電池板采用京瓷（天津）太陽能有限公司生產(chǎn)的KD208GH-2PU-KH型多晶硅太陽能光伏電池板，額定最大功率139 W。第一組電池組件與第九組電池組件共13只光伏電池板串聯(lián)組成第一支路；第二電池組件與第十電池組件組成第二支路，以此類推共組成8組支路，并列接入逆變器，經(jīng)逆變器逆變輸出380 V交流電，經(jīng)所用電Ⅰ段開關(guān)接入站用電系統(tǒng)并網(wǎng)運行。

2.2 并網(wǎng)逆變器

光伏并網(wǎng)逆變器是系統(tǒng)的核心部件之一，采用日本山洋P73F 10 kW型逆變器。該逆變器具有交流過壓、欠壓保護(hù)、交流頻、頻保護(hù)和防孤島保護(hù)等保護(hù)功能。當(dāng)逆變器輸出任一線電壓低于280 V或高于450 V時，逆變器交流欠壓或過壓保護(hù)動作；頻率高于60 Hz或低于50 Hz時，交流頻率保護(hù)動作；當(dāng)逆變器上述任一保護(hù)動作時，逆變器會自動進(jìn)入到待機運行狀態(tài)；當(dāng)電壓、頻率恢復(fù)正常時，逆變器會自動投入正常運行；當(dāng)逆變器監(jiān)測到電網(wǎng)相位與逆變器輸出電壓相位差值在±8°以外時保護(hù)動作，相位正常時，系統(tǒng)會自動投入運行。

2.3 防逆流裝置

防逆流裝置作用是當(dāng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電量超過實際負(fù)載時，太陽能逆變器將停止運行。根據(jù)太陽能行業(yè)國家規(guī)范，防逆流裝置的動作關(guān)斷值為負(fù)載側(cè)TA變比的1%,恢復(fù)值為負(fù)載側(cè)TA變比的10%。芝堰變所用的低壓開關(guān)TA變比為1 500∶1，所以防逆流裝置在負(fù)載電流低于15 A時，控制逆變器停止運行；在負(fù)載電流高于150 A時，逆變器自動投入運行。

3 使用效果

采集了系統(tǒng)并網(wǎng)運行后1個月的雙日數(shù)據(jù)，見表1。參照表1可見太陽能光伏系統(tǒng)發(fā)電量受日射量影響最大，發(fā)電量隨著日射量的波動而變化，且日發(fā)電量受天氣情況影響較為明顯，雖然是冬季，但當(dāng)天氣晴好時日發(fā)電量較高；天氣多云時，雖然氣溫變化不大，但因日射量的降低，發(fā)電量下降較為明顯；而當(dāng)出現(xiàn)雨雪天氣時，發(fā)電量極低，甚至出現(xiàn)零發(fā)電量的情況。根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得出光伏系統(tǒng)的以下不足：

（1）受時間周期、地理位置、氣象條件的限制；供電可靠性、穩(wěn)定性較差。晴天發(fā)電量較大，多云天氣發(fā)電量僅為晴天的1/3，雨雪天氣甚至出現(xiàn)零發(fā)電量。

（2）由于光電池還未規(guī)模生產(chǎn)，導(dǎo)致太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合造價較高，投資回報率較低。芝堰變光伏系統(tǒng)安裝容量20.8 kW，投入約150萬元，以每年20 000 kWh發(fā)電量，1元/kWh計算，需要75年才能收回成本。

相對于缺點，優(yōu)點也十分明顯：

（1）陽光隨處可見，不受地域限制；安全可靠；無噪音、無污染；不消耗資源。

（2）不需要架設(shè)遠(yuǎn)距離輸電線路；安裝簡單、方便，建設(shè)周期短。

（3）標(biāo)煤以374 g/kWh計算，每年太陽能系統(tǒng)發(fā)電約1.2萬kWh，消耗標(biāo)煤4.45 t；以少排放CO2170 g/kWh計算，光伏發(fā)電1.2萬kWh可減少CO2排放量2.04 t。

（4）芝堰變每月站用電約1.3萬kWh，太陽能發(fā)電占比例不大。但光伏發(fā)電時間是10:00—15:00，在負(fù)荷高峰期內(nèi)發(fā)電量大。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障站用電全失的情況下，如光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行，則光伏系統(tǒng)輸出110 V直流電，對重要直流負(fù)荷供電，大大提高了變電站運行的可靠性。

光伏發(fā)電系統(tǒng)運行存在的主要問題有：

（1）光伏系統(tǒng)根據(jù)日照強度定值啟動或退出，且正常運行時接入站用電母線，光伏系統(tǒng)突然啟動或退出時會造成電壓波動，對站內(nèi)交流設(shè)備有影響。在極端情況下（即日照強度在定值附近波動），會造成光伏系統(tǒng)頻繁投、退，站用電電壓波動較大，引起站用變檔位調(diào)節(jié)裝置頻繁動作，對設(shè)備危害較大。

表1 太陽能發(fā)電系統(tǒng)運行報表

（2）光伏系統(tǒng)接入站用電后會影響站用電備自投系統(tǒng)的正確動作。

（3）光伏系統(tǒng)對惡劣天氣防范不足。環(huán)境監(jiān)測設(shè)備沒有考慮覆冰情況，下雪天氣時，監(jiān)測裝置誤差較大。光伏電池沒有保護(hù)措施，金華地區(qū)曾有冰雹天氣，有可能對設(shè)備造成危害。

（4）光伏系統(tǒng)監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)不全，配備的監(jiān)測軟件無法對電壓、功率等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)視。

4 結(jié)語

雖然光伏系統(tǒng)的優(yōu)缺點都十分明顯，許多環(huán)節(jié)還有待完善，但在一些電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)建設(shè)光伏電站，可以保證系統(tǒng)事故時關(guān)鍵環(huán)節(jié)的正常供電，提高電網(wǎng)的可靠性。

任何先進(jìn)的技術(shù)，進(jìn)入商業(yè)使用的必要條件是價格能為市場所接受。如果使用成本太高，再好的技術(shù)必將只能停留在試驗室中或者示范工程階段。所以降低光伏發(fā)電成本，普及光伏發(fā)電應(yīng)用是未來光伏發(fā)電技術(shù)的研究方向。

[1]趙玉文，吳達(dá)成，王斯成，等.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2006-2007）（上）[J].太陽能，2008（6）：11-19.

[2]趙玉文，吳達(dá)成，王斯成，等.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告（2006-2007）（下）[J].太陽能，2008（8）:6-13.

[3]羅玉峰，陳裕先，李玲.21世紀(jì)高校規(guī)劃教材（光伏專業(yè)）太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].南昌：江西高校出版社，2009.

[4]HUSSEIN K H，MUTA I，HOSHINO T，et al.Maximum Photovoltaic Power Tracking:An Algorithm for Rapidly Changing Atmospheric Conditions[J].Generation,Transmission and Distribution,IEE Proceedings，1995，30（1）:59-64.

[5]GUAN X，LUH P B，YAN H.An optimization-based method for unit commitment[J].Electric Power&Energy Systems，1992，4（1）:9-17.