光伏發電技術的實際應用

季亮

摘 要：本文以南海LS公司的光伏項目介紹了光伏技術的實踐應用和設計主要思路，論述了光伏發電技術主要設備組成原理、系統接入、繼電保護、自動化控制等。

關鍵詞：光伏；系統接入

所謂并網光伏發電系統是指太陽電池利用太陽輻射能量產生的直流電（即太陽電池的“光生伏特效應”）通過并網光伏逆變器轉換成交流電向電網輸送的系統。與通過煤、石油和天然氣等傳統能源進行發電的發電站系統相比，并網光伏發電系統具有可再生、無污染等優點。

1 項目理論分析

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

2）項目建設意義。本項目設置在LS公司廠區內，可以將發出的電能就近使用，減少了因電能在傳輸的過程中產生的損耗。項目的建設符合產業政策的發展方向，帶來較好的社會效應。

3）項目發電量預測及分析。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，本次將建設的光伏項目本期光伏項目建設規模為6.09MWp，光伏組件全部安裝廠區屋頂。可知：工廠可直接消納完光伏發電容量。當園區內用電負荷較低時（節假日休息），光伏發電富余電量將送入當地公共電網。光伏電站建成后，全年理論發電量約等于：744.198萬kWh。光伏發電系統總效率為：78%，全年理論上網電量約等于：744.198萬kWh×78%=580.474萬kWh。第一年發電等效利用小時數為：5804740kWh÷6090kW=749小時。

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

5）接入系統主要一次設備組成。本期工程各廠房屋面光伏組件產生直流電通過逆變器將原直流電轉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電轉換為標稱電壓為10kV電源送至接入點并網送電。并網路徑為：光伏發電箱式變壓器→光伏發電戶外開關站→LS公司變電站LN線進線變電所→110kV變電站。原理框圖如圖1所示。

6）接入點相關變電站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，逆變器設備的功率因子正常標準設置為滯后0.99。接入點110kV變電站10kV母線無功滿足要求，該線路光伏發電產生的無功功率不大，其數值均小于變電站母線無功補償容量，都可以由變電站10kV母線無功補償裝置進行調節，因此不會影響變電站的運行。

2 光伏發電對擬接入電力系統的影響

2.1 光伏電站接入系統諧波分量控制

在將直流電能經逆變轉換為交流電能的過程中，會產生諧波。并網發電后，將在發電段進行諧波檢測，根據檢測結果進行針對性治理，主要依靠并網逆變器來保證。并網逆變器在出廠時都經過嚴格檢測，控制系統產生的諧波分量滿足GB/T-14549-1993要求及滿足國家光伏發電系統接入電網的相關技術規定。對接入電力系統的影響滿足規范要求。

2.2 發電系統短路電流

逆變器通過觸發相位的控制來實現快速和多種方式的調節，當被并網的交流系統短路故障，控制系統瞬間關斷逆變器的輸出，即光伏發電系統不會向交流短路點提供短路電流。因此，電網側相關交流電氣設備短路電流方面的校核可不考慮光伏發電系統并網的影響。

3 光伏發電系統自動化控制

3.1 調度關系

本工程光伏電站由佛山配網自動化系統（DMS）進行調度管理，站內遠動信息送佛山配網自動化系統（DMS）主站，電能質量監測信息送佛山電能質量監測系統主站。

3.2 自動化監控系統

本工程為10kV并網光伏電站，監控系統按照“無人值班，少人值守”的運行管理模式設計。自動化監控系統分為站控層和間隔層，站控層網絡采用單以太網結構。1）站控層采用集中監控方式，由監控室運行人員通過監控系統的操作員站人機接口，對光伏電站內所有逆變器、升壓變壓器和交/直流配電裝置進行集中監視和控制。2）間隔層按發電單元和配電間隔配置，實現就地監控功能。3）由于逆變器、匯流箱分散與集中監控室的距離較遠，屏蔽線的傳輸衰減過大，需采用光纖網絡進行傳輸：匯流箱、逆變器經RS485屏蔽雙絞線接至逆變器通信柜內規約轉換裝置，規約轉換裝置通過網絡線連接至屏內交換機，交換機經光纜連接至監控系統本地交換機，接入監控系統。

10kV進線、并網點保護測控經以太網線連接至控制室通信接口柜內交換機，經規約轉換裝置接入監控系統。

本項目應具備遙測、遙信、遙控、遙調功能，相關遠動信息應上傳至電網調度機構配網自動化系統（DMS），并接受和執行調度指令。

4 結語

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

參考文獻：

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