光伏發(fā)電技術(shù)的實際應(yīng)用

季亮

摘 要：本文以南海LS公司的光伏項目介紹了光伏技術(shù)的實踐應(yīng)用和設(shè)計主要思路，論述了光伏發(fā)電技術(shù)主要設(shè)備組成原理、系統(tǒng)接入、繼電保護(hù)、自動化控制等。

關(guān)鍵詞：光伏；系統(tǒng)接入

所謂并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是指太陽電池利用太陽輻射能量產(chǎn)生的直流電（即太陽電池的“光生伏特效應(yīng)”）通過并網(wǎng)光伏逆變器轉(zhuǎn)換成交流電向電網(wǎng)輸送的系統(tǒng)。與通過煤、石油和天然氣等傳統(tǒng)能源進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電站系統(tǒng)相比，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有可再生、無污染等優(yōu)點。

1 項目理論分析

1）光伏發(fā)電原理及系統(tǒng)組成。a.光伏組件數(shù)組：其作用是利用光生伏特效應(yīng)將太陽輻射的能量轉(zhuǎn)換為直流電，系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送的所有電能均由其提供。b.并網(wǎng)光伏逆變器：其作用是將光伏組件數(shù)組輸出的直流電通過電力電子轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成符合上網(wǎng)要求的交流電。c.公共電網(wǎng)：其作用是吸收并網(wǎng)光伏逆變器產(chǎn)生的電能，通常可以將其看作一個無限大的交流儲能裝置。d.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中一般還都配有直流匯流箱及直流配電柜、交流配電柜、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。對于大功率的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，通常還配有大容量變壓器以將其產(chǎn)生的電能直接送入高壓電網(wǎng)。

2）項目建設(shè)意義。本項目設(shè)置在LS公司廠區(qū)內(nèi)，可以將發(fā)出的電能就近使用，減少了因電能在傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的損耗。項目的建設(shè)符合產(chǎn)業(yè)政策的發(fā)展方向，帶來較好的社會效應(yīng)。

3）項目發(fā)電量預(yù)測及分析。LS公司目前由110kV變電站出LN線供電，工廠日平均峰值功率為12709kW，本次將建設(shè)的光伏項目本期光伏項目建設(shè)規(guī)模為6.09MWp，光伏組件全部安裝廠區(qū)屋頂?？芍汗S可直接消納完光伏發(fā)電容量。當(dāng)園區(qū)內(nèi)用電負(fù)荷較低時（節(jié)假日休息），光伏發(fā)電富余電量將送入當(dāng)?shù)毓搽娋W(wǎng)。光伏電站建成后，全年理論發(fā)電量約等于：744.198萬kWh。光伏發(fā)電系統(tǒng)總效率為：78%，全年理論上網(wǎng)電量約等于：744.198萬kWh×78%=580.474萬kWh。第一年發(fā)電等效利用小時數(shù)為：5804740kWh÷6090kW=749小時。

4）并網(wǎng)接入方案。由于廠區(qū)面積大，用電負(fù)荷分散，供電距離長，采用10kV并網(wǎng)接入時，可減少遠(yuǎn)距離送電的損耗。減少并網(wǎng)接入點，減少低壓電纜的長度，減少低壓線路損耗。

5）接入系統(tǒng)主要一次設(shè)備組成。本期工程各廠房屋面光伏組件產(chǎn)生直流電通過逆變器將原直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電后送至交流電匯流箱，通過電纜送至升壓變壓器，通過升壓變壓器將光伏發(fā)電轉(zhuǎn)換為標(biāo)稱電壓為10kV電源送至接入點并網(wǎng)送電。并網(wǎng)路徑為：光伏發(fā)電箱式變壓器→光伏發(fā)電戶外開關(guān)站→LS公司變電站LN線進(jìn)線變電所→110kV變電站。原理框圖如圖1所示。

6）接入點相關(guān)變電站10kV母線無功分析。本項目采用的逆變輸出功率因子可以在超前0.85到滯后0.85之間可調(diào)，逆變器設(shè)備的功率因子正常標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為滯后0.99。接入點110kV變電站10kV母線無功滿足要求，該線路光伏發(fā)電產(chǎn)生的無功功率不大，其數(shù)值均小于變電站母線無功補(bǔ)償容量，都可以由變電站10kV母線無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此不會影響變電站的運行。

2 光伏發(fā)電對擬接入電力系統(tǒng)的影響

2.1 光伏電站接入系統(tǒng)諧波分量控制

在將直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電能的過程中，會產(chǎn)生諧波。并網(wǎng)發(fā)電后，將在發(fā)電段進(jìn)行諧波檢測，根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行針對性治理，主要依靠并網(wǎng)逆變器來保證。并網(wǎng)逆變器在出廠時都經(jīng)過嚴(yán)格檢測，控制系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波分量滿足GB/T-14549-1993要求及滿足國家光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)規(guī)定。對接入電力系統(tǒng)的影響滿足規(guī)范要求。

2.2 發(fā)電系統(tǒng)短路電流

逆變器通過觸發(fā)相位的控制來實現(xiàn)快速和多種方式的調(diào)節(jié)，當(dāng)被并網(wǎng)的交流系統(tǒng)短路故障，控制系統(tǒng)瞬間關(guān)斷逆變器的輸出，即光伏發(fā)電系統(tǒng)不會向交流短路點提供短路電流。因此，電網(wǎng)側(cè)相關(guān)交流電氣設(shè)備短路電流方面的校核可不考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的影響。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)自動化控制

3.1 調(diào)度關(guān)系

本工程光伏電站由佛山配網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DMS）進(jìn)行調(diào)度管理，站內(nèi)遠(yuǎn)動信息送佛山配網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DMS）主站，電能質(zhì)量監(jiān)測信息送佛山電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)主站。

3.2 自動化監(jiān)控系統(tǒng)

本工程為10kV并網(wǎng)光伏電站，監(jiān)控系統(tǒng)按照“無人值班，少人值守”的運行管理模式設(shè)計。自動化監(jiān)控系統(tǒng)分為站控層和間隔層，站控層網(wǎng)絡(luò)采用單以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。1）站控層采用集中監(jiān)控方式，由監(jiān)控室運行人員通過監(jiān)控系統(tǒng)的操作員站人機(jī)接口，對光伏電站內(nèi)所有逆變器、升壓變壓器和交/直流配電裝置進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。2）間隔層按發(fā)電單元和配電間隔配置，實現(xiàn)就地監(jiān)控功能。3）由于逆變器、匯流箱分散與集中監(jiān)控室的距離較遠(yuǎn)，屏蔽線的傳輸衰減過大，需采用光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸：匯流箱、逆變器經(jīng)RS485屏蔽雙絞線接至逆變器通信柜內(nèi)規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置，規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置通過網(wǎng)絡(luò)線連接至屏內(nèi)交換機(jī)，交換機(jī)經(jīng)光纜連接至監(jiān)控系統(tǒng)本地交換機(jī)，接入監(jiān)控系統(tǒng)。

10kV進(jìn)線、并網(wǎng)點保護(hù)測控經(jīng)以太網(wǎng)線連接至控制室通信接口柜內(nèi)交換機(jī)，經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目應(yīng)具備遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，相關(guān)遠(yuǎn)動信息應(yīng)上傳至電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)（DMS），并接受和執(zhí)行調(diào)度指令。

4 結(jié)語

光伏作為新興的分布式能源，在未來必將有長足的發(fā)展，在設(shè)計和設(shè)備方面必然日新月異。

參考文獻(xiàn)：

[1] 顏慧.太陽能光伏發(fā)電技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2014.