光伏電源引入變電站站用電源的實踐與應用

中國石化集團勝利石油管理局電力管理總公司 劉靜 范永濤 李樹軍 向海

東營市地處中緯度，背陸面海，受歐亞大陸和太平洋的共同影響，屬暖溫帶季風型大陸性氣候?；練夂蛱卣鳛槎臒幔募痉置?。全年雨雪稀少，東營市全年平均日照時數(shù)2657.5小時，日均光照量7.3小時，日照率為60.8%?，F(xiàn)場資源及環(huán)境條件優(yōu)良，適合光伏發(fā)電站的運行和維護。

1 概述

勝利油田電力總公司物探變電站擔負著物探公司、現(xiàn)河采油廠的油井及牛莊鎮(zhèn)附近居民生產(chǎn)、生活供電任務。該站現(xiàn)有SL7-5000主變兩臺，35kV進線3條，6kV出線6條，電容器兩組。隨著站用負荷的不斷增加，交流系統(tǒng)供電能力明顯不足。此外，本站站用負荷都取自兩臺站用變所帶的交流屏，當發(fā)生全站失電故障時，交流屏失電，部分重要負荷由直流蓄電池所帶的逆變器供電，供電時間有限，不能保證全部站用負荷的供電，可靠性不足。當光伏發(fā)電系統(tǒng)作為站用主要供電電源時，大大節(jié)省站用電源的消耗，節(jié)能減排效果明顯。

1.1 光伏電源引入變電站站用電源的優(yōu)勢

光伏電源作為站用電源的補充，大大提高了站用電源的可靠性；一次投資，終生受益，太陽能清潔電源無輻射，無污染；使用壽命長，無需專人維護，太陽能電池使用壽命長達25年以上；安全可靠無噪聲，無需消耗燃料，無需機械轉動部件，無需架設輸電線路，按照現(xiàn)場實際情況與建筑物結合安裝；建設周期短，實際建設時間按規(guī)模大小來計算；太陽能電池板一般安裝在建筑物屋頂，不破壞建筑外觀，不影響環(huán)境（圖1）。

圖1 光伏電池板安裝圖

1.2 光伏電源引入變電站站用電源的技術內容

1.2.1 總體思路

光伏發(fā)電系統(tǒng)作為變電站站用電源的補充電源，提高了交、直流系統(tǒng)測控電源的供電可靠性，減少了站用電的消耗，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟和社會效益。

1.2.2 技術方案

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)原理圖

光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要部件包括光伏發(fā)電系統(tǒng)、光伏并網(wǎng)單元、交流匯流箱組成。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，由光伏并網(wǎng)單元變成交流電供給變電站交流屏，多余或不足的電力通過聯(lián)接公共電網(wǎng)來調節(jié)（圖2 圖3）。

圖3 光伏發(fā)電室內布置

1.2.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)技術要求

額定輸入交流電源為三相380V±5%， 50Hz±1%。

額定輸出交流電壓為380V和220V。

功率因數(shù)＞0.9

系統(tǒng)效率≥85%；

2 光伏電源引入變電站站用電源的創(chuàng)新點

2.1 關鍵技術主要創(chuàng)新點

因為直接將電能輸入電網(wǎng)，免除配置蓄電池，省掉了蓄電池儲能和釋放的過程，可以充分利用可再生能源所發(fā)出的電力，減小能量損耗，降低系統(tǒng)成本。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠并行使用站用電和可再生能源作為本地交流負載的電源，降低整個系統(tǒng)的負載缺電率。

2.2 主要設備選型最優(yōu)化

2.2.1 多晶太陽能光伏組件

在單晶硅電池和多晶電池選擇上，由于多晶硅電池組件的價格要比單晶硅低，從控制工程造價的方面考慮，本工程選用性價比較高的多晶硅電池組件，這也與國外的太陽能光伏電池使用情況的發(fā)展趨勢相符合。

固定安裝組件安裝方位角采用正南方向，安裝傾角按當?shù)刈罴褍A角38°設置。保證全年9～15點（真太陽時）時段內前后組件不遮擋。太陽能光伏組件陣列布置以變電站現(xiàn)場條件劃分單元，分別設在主變電室屋頂和兩個宿舍屋頂，這樣可以優(yōu)化組串與逆變器之間的接線長度，降低工程造價，減少線路損耗；同時光伏組件陣列劃分清晰，有利于將來的運行管理。

2.2.2 光伏并網(wǎng)型逆變器

這種型號的逆變器均有較高的轉換效率、較高的效率、較高的可靠性、輸入電壓有較寬的適用范圍。

2.2.3 并網(wǎng)交流雙投開關

雙電源自動切換開關（WATSN）是施耐德萬高（天津）電氣有限公司利用微機技術開發(fā)研制的新一代自動轉換開關。開關帶有機電聯(lián)鎖保護，確保站用電源和光伏電源兩路電源正常工作，互不干涉；特別適用于不容許電源斷電的主要供電場合。

為滿足現(xiàn)場需求，自動轉換開關可以事先自投自復、自投不自復、互為備用三種不同的工作方式。兩路交流輸入電源，該兩路交流輸入電源可實現(xiàn)自動、電動和手動切換。

3 經(jīng)濟效益與社會效益

物探變電站光伏發(fā)電站總裝機容量為35kW，系統(tǒng)交流部分效率按照90%計算，平均每天峰值日照時間按3小時計算，年發(fā)電量：35×3×365 ×90%=34492kWh。

變電站光伏發(fā)電系統(tǒng)利用太陽能這一綠色、環(huán)保、無污染的清潔能源，發(fā)電無需消耗燃料，沒有環(huán)境污染，實現(xiàn)能源的清潔利用，對保護環(huán)境，節(jié)省能源做出很大貢獻，而且增加了變電站站用系統(tǒng)的用電可靠性，總體上實現(xiàn)全年站用電量的零消耗。

4 結語

將太陽能轉換成直流電能，直流電接入并網(wǎng)逆變器，并網(wǎng)逆變器將直流電逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電，經(jīng)過交流防雷配電柜接入AC380V/50Hz三相交流電網(wǎng)進行發(fā)電，減小變電站能量損耗，降低系統(tǒng)成本，加強了站用電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，對變電站的安全生產(chǎn)運行具有重要作用。