分布式光伏電站在油田電力網(wǎng)的應(yīng)用及維護(hù)探討

李東波 王妮 鞏建衛(wèi) 李家新

摘 要：本文針對目前勝利油田勝北供電管理區(qū)分布式光伏電站建設(shè)實際，主要圍繞對分布式光伏電站相關(guān)組成部分的研究，結(jié)合分布式光伏電站的現(xiàn)場應(yīng)用以及并網(wǎng)運(yùn)行情況分析展開探討。通過從分布式光伏電站的現(xiàn)場應(yīng)用情況進(jìn)行分析，逐步深入到對于后續(xù)保證分布式光伏電站其可靠運(yùn)行的日常維護(hù)探討和并網(wǎng)后電網(wǎng)安全運(yùn)行等內(nèi)容，將理論與實際應(yīng)用相結(jié)合應(yīng)用到實際的工作中，為后期的現(xiàn)場提供一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：MPPT;配電網(wǎng)光伏發(fā)電;逆變器;光伏并網(wǎng)

1 概述

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口持續(xù)保持著高增長勢頭，以及對傳統(tǒng)能源需求進(jìn)一步擴(kuò)大，已造成不可再生能源的逐漸干涸，可再生能源開發(fā)研究利用已成為重要戰(zhàn)略部署。太陽能作為一種非常理想大眾且低廉的可再生能源，安全可靠，用之不竭，高效清潔。太陽能光伏發(fā)電則是利用太陽能光伏電池板的光伏效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為可利用電能的一種新型發(fā)電方式。根據(jù)油田推出綠能產(chǎn)業(yè)計劃，大力推動和提升新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量和效益，增強(qiáng)綜合實力和企業(yè)核心競爭力具有十分重要的意義。在今后，隨著新能源技術(shù)的成熟應(yīng)用，分布式光伏電站在油田電力網(wǎng)中的投入建設(shè)及應(yīng)用在未來電力網(wǎng)中的占比也將逐步增大。

2 分布式光伏電站基本概念、原理及主要組件

2.1 基本概念

分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)是指采用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能，并且在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、多余電量上網(wǎng)，以單個并網(wǎng)點380 V或220 V進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。

2.2 光伏發(fā)電的工作原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

太陽能光伏組件將直射太陽光轉(zhuǎn)化為直流電，光伏組串通過直流匯流箱并聯(lián)接入直流配電柜，匯流后接入逆變器直流輸入端，將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，逆變器交流輸出端接入交流配電柜，?jīng)交流配電柜直接并入用戶側(cè)。

2.3 分布式光伏電站主要設(shè)備

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備有太陽能電池組件、光伏方陣支架、并網(wǎng)逆變器、直流匯流箱、直流配電柜、交流配電柜等，另外還有系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其中，最重要的兩個設(shè)備是太陽能電池組件和并網(wǎng)逆變器，這兩個設(shè)備的質(zhì)量直接影響整個分布式光伏系統(tǒng)的性能。

（1）太陽能電池組件。光伏發(fā)電板作為太陽能電池組件的主要組成部件，其是光伏發(fā)電系統(tǒng)最主要的部分，太陽能光伏電池板將光能轉(zhuǎn)換為電能。

（2）匯流箱。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線使用到匯流箱。

（3）充放電控制器。充放電控制器包括光伏電池MPPT控制器和逆變單元控制器兩部分。其中MPPT控制器實現(xiàn)光伏電池的最大功率輸出的控制，保障光伏能源充分利用。

（4）逆變器。逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運(yùn)行方式，可分為獨(dú)立運(yùn)行逆變器和并網(wǎng)逆變器。獨(dú)立運(yùn)行逆變器用于獨(dú)立運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，為獨(dú)立負(fù)載供電。并網(wǎng)逆變器用于并網(wǎng)運(yùn)行的太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統(tǒng)。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負(fù)載。

（5）配電室。帶有低壓負(fù)荷的室內(nèi)配電場所稱為配電室，主要為低壓用戶配送電能，設(shè)有中壓進(jìn)線、配電變壓器和低壓配電裝置。10 kV及以下電壓等級設(shè)備的設(shè)施，分為高壓配電室和低壓配電室。高壓配電室一般指6 kV～10 kV高壓開關(guān)室;低壓配電室一般指10 kV或35 kV站用變出線的400 V配電室。

（6）防雷系統(tǒng)。防雷系統(tǒng)為雷雨天光伏發(fā)電系統(tǒng)中重要部分如電池板，逆變器等提供重要保護(hù)。

3 分布式光伏電站在油田現(xiàn)場的應(yīng)用情況

供電管理區(qū)轄區(qū)內(nèi)分布式光伏電站建設(shè)于2020年起步，分別在轄區(qū)4個注水泵站建設(shè)8組電站，總裝機(jī)容量2 794.4 kWp，涉及7條10 kV配電線路，截止2020年底，其中坨二站、坨三站以及坨三污水站的光伏電站已經(jīng)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。結(jié)合供電管理區(qū)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對于實現(xiàn)分布式光伏并網(wǎng)配電線路的電流、電壓等實時運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行在線監(jiān)測，并可通過歷史曲線直觀監(jiān)測到并網(wǎng)線路的分布式光伏的接入點動態(tài)數(shù)據(jù)情況。

光伏發(fā)電系統(tǒng)按安裝容量可分為下列三種系統(tǒng)：小型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量小于或等于1 MWp;中型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于1 MWp和小于或等于30 MWp;大型光伏發(fā)電系統(tǒng)：安裝容量大于30 MWp。因此，勝北供電管理區(qū)目前建設(shè)的分布式光伏電站均屬于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

目前供電管理區(qū)轄區(qū)內(nèi)光伏電站主要是在太陽能電池發(fā)電情況下優(yōu)先滿足所在站用電，余電直接通過站用變壓器直接就近并網(wǎng)到10 kV配電線路進(jìn)行消納。其接入點為低壓配電柜母線直接接入，無電能質(zhì)量采集實時測量裝置，也不具備蓄能裝置。存在電能質(zhì)量無法量化評價、電站發(fā)電峰谷對電網(wǎng)影響無法準(zhǔn)確測算的問題。同時沒有采用交流隔離變壓器，光伏發(fā)電常見的直流分量問題也未見消減控制措施。無法實現(xiàn)對分布式光伏電站的電能質(zhì)量的在線監(jiān)測分析，對以及對電網(wǎng)的相關(guān)影響進(jìn)行動態(tài)分析評估。

4 分布式光伏電站優(yōu)缺點

4.1 優(yōu)點

（1）無枯竭危險。

（2）安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）。

（3）不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢。

（4）無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電。

（5）能源質(zhì)量高。

（6）使用者從感情上容易接受。

（7）建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時間短。

4.2 缺點

（1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積。

（2）獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)。

（3）給電網(wǎng)帶來波動性。

（4）大量電力電子元件的接入，帶來諧波污染，需要去諧波裝置。

5 分布式光伏電站運(yùn)維

分布式光伏電站常見問題主要有DC/MC4端子燒毀;AC端子過熱損壞;并網(wǎng)空開關(guān)過熱損壞以及逆變器等方面。而逆變器作為分布式光伏系統(tǒng)中唯一一個綜合型信息反饋設(shè)備，所有光伏系統(tǒng)的故障都可能通過逆變器的保護(hù)功能體現(xiàn)出來，運(yùn)維人員需要了解基礎(chǔ)各項保護(hù)信息，才能有效、正確尋找判斷故障原因，分析判斷出設(shè)備故障或系統(tǒng)本身故障。主要包括以下幾個方面：直流側(cè)保護(hù);交流側(cè)保護(hù);其他保護(hù);監(jiān)控問題等。

問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：逆變器報漏電保護(hù);逆變器PV絕緣阻抗過低;逆變器直流過壓、母線過壓;逆變器直流輸入擾動;逆變器直流反接;逆變器電網(wǎng)過（欠）壓;逆變器電網(wǎng)過（欠）頻;逆變器電網(wǎng)擾動等。

保證日常高質(zhì)量的運(yùn)維工作是分布式光伏電站長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，下一步將繼續(xù)探索標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范的運(yùn)維工作標(biāo)準(zhǔn)及工作模式。

6 結(jié)束語

綜上所述，分布式光伏電站在勝北供電管理區(qū)已經(jīng)良好應(yīng)用。隨著國家及油田層面的綠能計劃的大力推廣和實施，勝北管理區(qū)分布式光伏電站的裝機(jī)容量將進(jìn)一步加大，其經(jīng)濟(jì)效益和社會效益將同步日益增長，筆者將繼續(xù)探索相應(yīng)的配套運(yùn)維手段、積累運(yùn)維經(jīng)驗，保證其長期安全穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造更大的效益。

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