移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王軍+程杰

摘 要：太陽(yáng)能發(fā)電作為可再生能源利用的重要形式，在移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有重要作用。本文現(xiàn)主要對(duì)移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和重點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)式變電站；太陽(yáng)能；應(yīng)急系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.098

0 前言

本文所設(shè)計(jì)的移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)，主要使用了柔性太陽(yáng)能組件，可折疊、彎曲，拆、運(yùn)方便，且不受地形限制，具有良好的通用性。因此，本系統(tǒng)可以被積極應(yīng)用和推廣。

1 移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.1 負(fù)載安裝地點(diǎn)設(shè)計(jì)

本移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)的負(fù)載情況主要包括：約2.5kW的110kV變電站二次設(shè)備、約1.5kW的35kV變電站二次設(shè)備；安裝地點(diǎn)在安順市郊供電局所屬變電站；系統(tǒng)的運(yùn)行要求為，只要有太陽(yáng)光照就必須連續(xù)運(yùn)行。

1.2 整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)亦屬于移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容，其中主要包括了直流匯流箱3KW、6進(jìn)1出MC4、二極管、熔斷器、斷路器、避雷器等光伏組件，DC-DC充電控制器（48V、60A），DC-AC逆變器（220V、3KW），電腦、照明等負(fù)荷總功率小于逆變器的負(fù)載。

2 移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)重點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 光伏組件方陣設(shè)計(jì)

光伏組件方陣設(shè)計(jì)當(dāng)中主要包括了光伏組件單體的設(shè)計(jì)和光伏組件件的設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。光伏組件單體可以說(shuō)是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，一般尺寸在4cm2到100cm2，工作電壓在0.5V左右，工作電流在20-25mA/cm2左右，需要注意的是不能夠?qū)⒐夥M件單體作為電源單獨(dú)使用[1]。不同的光伏組件單體在串并聯(lián)封裝后可以形成光伏組件件，此時(shí)其功率可以達(dá)到幾瓦到幾百瓦，且能夠作為電源單獨(dú)使用。由光伏組件單體形成的光伏組件件再次串并聯(lián)封裝可以形成光伏組件方陣，能夠良好的滿足移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)負(fù)載所要求的輸出功率。

移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)的光伏組件單體基本為硅光伏組件單體，其主要由一個(gè)晶體硅片組成，上表面排列了比較緊密的金屬柵線，下表面為金屬層[2]。每個(gè)光伏組件件的電壓基本上在0.5V左右，與實(shí)際所需要的電壓存在比較大的差距，只有將多個(gè)光伏組件件連接成為光伏組件，再利用導(dǎo)線將多個(gè)光伏組件相連，方能夠產(chǎn)生可以滿足實(shí)際需要的電壓。一般情況下，一個(gè)光伏組件上需要有36片光伏組件件，此時(shí)光伏組件便能夠產(chǎn)生17V左右的電壓。

通過(guò)上述方式設(shè)計(jì)的光伏組件方陣，具有良好的防腐、防風(fēng)、防雨、防雹等功能，具有比較高的可靠性。另外，由于光伏組件件的輸出功率率與太陽(yáng)輻射度、太陽(yáng)能光譜的分布、光伏組件溫度等均存在密切的關(guān)聯(lián)，因此需要在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行光伏組件件的測(cè)量，即必須要保證光譜輻照度為1000W/m2，大氣質(zhì)量系數(shù)為AM1.5，光伏組件溫度為25℃，由此光伏組件件的輸出功率方為峰值功率。

2.2 光伏電源控制器設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)中，光伏電源控制器主要包括了單路并聯(lián)型充放電控制器和串聯(lián)型充放電控制器。

首先，單路并聯(lián)型充放電控制器充電回路當(dāng)中的開(kāi)關(guān)器T1屬于并聯(lián)在光伏組件方陣中的輸出端，一般在蓄電池的電壓超過(guò)了“充滿切離電壓”時(shí)，T1便會(huì)導(dǎo)通，二極管D1便會(huì)截止，光伏組件方陣的輸出電流百年能夠在T1處直接發(fā)生短路泄放，不會(huì)進(jìn)行蓄電池的繼續(xù)充電，從而保證起到蓄電池“過(guò)充電保護(hù)”的作用。D1作為防“反充電二極管”，能夠起到良好的“防反向充電保護(hù)”作用；開(kāi)關(guān)器件T2作為蓄電池放電開(kāi)關(guān)，在關(guān)斷時(shí)能夠起到“輸電短路保護(hù)”和“輸電過(guò)載保護(hù)”的作用；D2作為“防反接二極管”，能夠起到一定“防蓄電池反接保護(hù)”作用。

其次，串聯(lián)型充放電控制器具有與單路并聯(lián)型充放電控制器比較相似的電路結(jié)構(gòu)，但是在開(kāi)關(guān)器件T1的接法上存在比較明顯的區(qū)別。單路并聯(lián)型充放電控制器的開(kāi)關(guān)器件T1主要并聯(lián)在光伏組件方陣的輸出端，串聯(lián)型充放電控制器的開(kāi)光器件T1則主要串聯(lián)在充電回路當(dāng)中。此時(shí)，若蓄電池的電壓超過(guò)了“充滿切離電壓”，開(kāi)關(guān)器件T1便會(huì)關(guān)斷，光伏組件便不會(huì)繼續(xù)進(jìn)行蓄電池的充電，由此能夠達(dá)到良好的“過(guò)充電保護(hù)”效果。其他元件作用與單路并聯(lián)型充放電控制器基本相同。

2.3 DC-AC逆變器設(shè)計(jì)

移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行DC-AC逆變器的設(shè)計(jì)時(shí)，必須要保證逆變電源符合該應(yīng)急系統(tǒng)的要求[3]。采用交流電力輸出的移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)時(shí)，逆變電源屬于關(guān)鍵的組成部分，因此整個(gè)應(yīng)急系統(tǒng)會(huì)對(duì)逆變電源提出比較高的要求。首先，在效率方面按要求最大限度的對(duì)光伏組件加以利用，在光伏組件價(jià)格偏高的情況下提高系統(tǒng)整體效率。其次，在可靠性方面，要求進(jìn)行元器件的嚴(yán)格篩選，保證逆變電源具有多種保護(hù)功能，包括過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、交流輸出短路保護(hù)、輸入滯留極性接反保護(hù)等。最后，在直流輸入電壓適應(yīng)范圍方面，要求逆變電源在直流輸入電壓范圍內(nèi)正常工作，保證交流輸出電壓具有穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的移動(dòng)式變電站太陽(yáng)能應(yīng)急系統(tǒng)，可使變電二次設(shè)備無(wú)需外接發(fā)電機(jī)，只需要低壓配電柜自動(dòng)切換到太陽(yáng)能電源，就可以代替電池組供電，同時(shí)還能減少站用電源損耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]周林，吳明朝，廖彬強(qiáng)等.移動(dòng)式變電站技術(shù)在智能電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016，32（09）：29-32.

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