光伏發電作為變電站直流系統備用電源的探討

【摘要】變電站直流系統一般對交流充電電源有較高的可靠性要求。一旦發生交流失電且長時間不能恢復，則蓄電池組成為站內直流系統唯一電源，長時間供直流負荷勢必導致蓄電池組端電壓下降，嚴重時若系統出現短路故障則極易造成保護拒動。為確保站內直流系統供電電源可靠性，除了常規的設置兩路交流電源互為備用的做法，本文探討采用光伏發電為直流系統提供備用交直流電源，以提高特殊情況下直流系統可靠性的做法。

【關鍵詞】光伏發電；直流系統；備用電源

1、太陽能電站發電原理

太陽能光伏并網電站是利用太陽能電池陣列將太陽能轉換成為直流電，再通過直流/交流并網逆變器將太陽能發出的直流電逆變成50赫茲、220V/380V的交流電。逆變器的輸出端通過配電柜與變電所內的變壓器低壓端（220V/380V）并聯，將發出的電能通過變壓器送入電網。

太陽能光伏獨立發電系統是利用太陽電池陣列在太陽光照射下輸出電能，經過直流配電器和電源控制器向蓄電池組充電并向直流負載供電。在連續陰雨天光伏電池發電量不能滿足向負載供電時，可以由蓄電池通過控制器、繼續向負載供電。

2、光伏電站設計理念

2.1最大效率的光伏發電

為了增加并網光伏電站的輸出能量，要求太陽能電池板盡可能地將更多的普照在陽光下，根據電站所在地，調整太陽能組件受光角度以獲得最大效率。

避免太陽電池板受到遮擋，包括太陽電池板之間的相互遮光，以及安裝支架頂邊緣、周圍可能的建筑物以及其它障礙物遮擋陽光。

高效率的一體化太陽電池組件。

高效率的并網逆變技術。

2.2最小的光伏發電損耗

降低電纜損耗——通過減少電纜長度，可以減小線路上的電壓降損失，提高系統的輸出能量；減小電纜尺寸，可以降低成本，同時減輕屋頂負荷并增加靈活性。所以從太陽電池到接線箱、接線箱到并網逆變器以及并網逆變器到并網交流配電柜的電力電纜應盡可能保持在最短距離。

降低太陽能電池方陣中太陽電池組件之間的匹配損耗。每個方陣內部太陽電池組件電流一致性最高。

降低太陽能電池方陣與并網逆變器之間的匹配損耗。組成太陽能電池方陣的太陽能電池串并聯數要與所選并網逆變器性能匹配。

降低輸配電的損耗。

2.3光伏發電系統運行穩定性、安全性

太陽能電池方陣與所選并網逆變器之間的匹配。太陽能電池的性能（電壓，功率等）與溫度密切相關，組成太陽能電池方陣的太陽能電池串并聯數要與所選并網逆變器性能匹配。

系統設計的合理性。如采用冗余的并網逆變器并聯技術，可以增加逆變系統運行的可靠性。電站可根據產生電能的大小對電站進行自適應控制，既能保證本身耗能最小，又能保證電站的安全運營。光伏電站回饋給公用電網的電力，必須滿足電網規定的指標，逆變器輸出電流的高次諧波必須盡量減少、不能對電網造成諧波污染等，并要求逆變器在負載和日照變化幅度較大的情況下均能高效運行。

防雷，避雷系統的可靠性。

完善的監視，監控系統。

3、太陽能光伏電站設計

光伏發電系統主要由下述各部分組成：

光伏陣列：包括太陽電池組件、支承結構（支架及基礎等）、接線箱、電纜電線等。

直流一交流逆變設備：包括交、直流配電柜（箱）、并網逆變器等。

光伏充電設施：包括光伏充電控制器等。

控制檢測系統：包括系統控制裝置、數據檢測及處理與顯示系統、遠程信息交換設備等。

附屬設施：防雷及接地保護裝置等。

3.1變電站太陽能光伏電站的設計及構成

考慮到光伏電站安裝在變電站內的特殊性，一方面為增加變電站直流系統的可靠性，把光伏電站設計成一個獨立的直流發電裝置，以作為變電站直流系統的備用直流充電機；另一方面為降低變電站站用電損耗，增加光伏電站利用率，讓光伏電站具有并網發電功能。

原理框圖如圖1所示。

3.2光伏方陣的構成

根據變電站直流系統蓄電池充電要求，兼顧并網逆變器工作條件，結合當地氣象信息，光伏組件具體配置如下：

采用S-180C組件，平均180W，開路電壓（Voc）43V，最大工作點電壓（Vmp）3b.bV。

建議采用9串3并的光伏組件方陣，方陣功率為4860W，共27塊組件。

3.3太陽能電池組件

太陽電池陣列是光伏系統的主要發電來源。太陽電池陣列由太陽電池組件、接線盒及支架組成。采用專用鋁合金外框，組件安裝架設十分方便。組件的背面安裝有一個防水接線盒，通過接線盒可以方便的與外電路連接。對每一塊太陽電池組件，電池具備25年以上的使用壽命。太陽電池組件采用單晶硅太陽電池組件。

3.4光伏充電控制器

光伏充電控制器是專門為光伏發電系統設計生產的。它控制太陽電池給蓄電池充電、（蓄電池向直流負載供電、逆變器的輸入電源以及向交流配電器供電），同時控制器對蓄電池的過充、過放進行保護。另外，控制器還具有報警、系統監控、反充電保護、浪涌及短路保護等功能。

3 5直流一交流逆變設備（并網逆變囂）

光伏直流/交流電力轉換器采用國際知名公司32位專用DSP芯片LF2407A控制，主電路采用最先進的智能功率IGBT模塊（IPM）組裝，采用電流控制型PWM有源逆變技術和優質環行變壓器。

逆變器同時提供液晶LCD+按鍵人機界面，同時提供RS485通訊接口，可以方便地與系統運行指示牌和上位機進行通訊，實現遠程監控。

3.6光伏電站監測系統

系統采用獨立監測系統檢測并網電站運行狀況，利用工控機采集數據，用大屏幕液晶電視作為顯示。

結論：

通過光伏發電裝置在變電站直流系統的應用，不但使用了太陽能這一綠色、環保無污染的清潔能源，而且增加了變電站直流系統的可靠性。利用太陽能發電的節能思想，面對傳統能源日益緊張的形勢，頗具前瞻性，將有效促進人與自然的和諧發展。