光伏并網發電在城市供水泵站中的應用

劉大偉

從供給側角度分析，本文以引嫩入白城市供水工程青山加壓泵站為例，利用原有工程設施，實施光伏發電并網項目，加大電源測供給，以實現當下社會提倡的節能增效降成本共贏理念。

1.項目簡述

青山泵站位于白城市城區以北，洮北區青山鎮永勝村境內，距白城市中心約15km，位于207省道東側，距207省道4km，有村道相通。

本工程位于青山泵站內，建設總容量為332.54KWp的分布式低壓并網型光伏電站，自發自用余電上網，采用固定式支架安裝及彩鋼瓦平鋪安裝，共使用2棟建筑彩鋼瓦/瓷瓦屋面以及泵站集水池水泥蓋板。

該項目可以充分利用當地的太陽能資源，改善白城市能源結構，節約有限的煤炭、石油資源以及寶貴的水資源，間接保護水土環境。

2.光伏組件選擇

太陽電池組件為室外安裝發電設備，是光伏電站的核心設備，要求具有非常好的耐侯性，能在室外嚴酷的環境下長期穩定可靠地運行，同時具有高的轉換效率。本工程采用晶科能源能生產的270W型多晶硅光伏組件。

3.逆變器選型

本項目并網逆變器采用30kW組串型并網逆變器。逆變器是光伏發電的核心設備，它將太陽能電池板產生的直流電轉換為標準的交流電。逆變器的品質好壞決定了發電效率的大小。本期裝機容量為332.54kWp，選用10臺30KW組串型并網逆變器。

4.電氣一次

4.1總體說明：系統一次主要設備包括光伏組件（陣列）、并網逆變器、并網柜、計量柜。本期裝機容量為332.54kWp，選擇國內主流一線廠家生產的265/270W（晶科）型多晶硅組件，共1240塊。項目選擇古瑞瓦特生產的GW30KTL型30kW并網逆變器4臺、GW33KTL型33kW并網逆變器6臺，10臺并網逆變器通過1臺并網柜，接入到泵站10KV變壓器400V下端，通過并網柜并入400V母線。

4.2組串設計：光伏組件的組串數量將會決定逆變器的直流輸入電壓。組串電壓需在逆變器的正常的MPPT電壓范圍內，才能獲得最佳的逆變效率。本方案每個組串的組件串聯數量為22片，標準狀況下，每個組串的輸出為667V，位于所選并網逆變器的滿載MPPT電壓范圍內（480～800V），且為偏中間位置。因此該設計方案可行。30KW組串型逆變器通過10臺6匯1的逆變器接入約22串子陣列。

4.3接入電力系統方案：項目采用用戶側中壓并網方式，實現光伏發電自發自用，余電上網。即以400V電壓等級接入用戶配電網。本方案公共連接點（PCC）是400V配電網，并網點（POI）為用戶側配電網匯流母線。在1號用戶變低壓母線出線柜設置1個并網接入點，系統以1回線路接入原有供電配電柜10kV母線，接入方案參照“國家電網公司分布式光伏發電接入系統典型設計方案”中的XGF380-Z-Z1方案，一次系統接線示意圖見下圖十：

項目400V低壓并網點設置為關口計量點，每個關口計量點配套安裝的發電計量儀表類型為三相四線制多功能電能表，電能表精度為0.2s級，具有RS-485串口輸出方式，并具備脈沖輸出方式，脈沖輸出為無源接點。余電上網計量表設置在用戶總的關口計量處。

4.4無功補償：400V并網系統的無功補償可以利用廠區配電室的無功容量及其調節能力，再結合10KV母線及0.4kV母線上原接有的無功補償設備進行無功調節。

4.5防雷、接地極過電壓保護設計：安裝太陽能電池方陣面積大，電池組件及支架，均為導電性能良好的金屬材料，易遭受直接雷擊和形成感應過電壓。因此，根據白城地區年平均雷暴日數和電池板的占地面積，客觀地分析光伏方陣遭受直擊雷的概率，進行設計。直擊雷的防護：光伏陣列組成接地網的方式實現項目內太陽能電池方陣的直擊雷防護。整個光伏陣列支架與接地網直接相連至主接地網上，實現等電位聯接。交流側的直擊雷防護按照電力系統行業標準《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》進行。感應雷防護和接地：針對感應雷的破壞途徑，采取接地、分流、屏蔽、均壓等電位等方法進行有效的防護，以保證人身和設備的安全。在各個電氣進、出線接口處設置防感應雷設備（浪涌保護器），保護各級配電設備。

5.電氣二次

5.1電站調度管理與運行方式：項目將采用集中控制方式，在集控室實現對主要電氣設備的遙測、遙控、遙調、遙信等功能。

5.2電站自動控制：項目將設置監控系統，監控系統是以遠景內部原有監控系統為核心，通過讀取逆變器的運行及歷史數據，來構建光伏監控系統。

5.3繼電保護及安全自動裝置：并網開關柜上裝設具有“失壓跳閘，檢有壓合閘”保護功能的斷路器。逆變器具備極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護、接地保護等，裝置異常時自動脫離系統。原有供電母線增加母線保護裝置，并增加穩壓穩頻控制保護裝置。在并網點位置增加A類電能質量在線監測裝置。電能質量在線監測裝置需要滿足電力公司相關規定和要求。

5.4火災自動報警系統：系統的電氣配電間將設置火災報警探測器，火災報警探測器納入到整個廠區的火災自動報警系統中，一旦房間內發生火災，該區域內的火災報警探測器能判別火災并發信號至當地消防控制中心，由消防控制中心發出警報并進行相關聯動。

5.5通信：項目的通信方式，監控系統與逆變器等設備通訊，采用485通訊方式，其它則考慮采用以太網、4G無線網絡。與電力公司部分的通訊采用無線公網方式進行數據上傳和通訊。

5.6計量：系統接入點設置發電計量表計，用戶用電關口計量處裝設余電上網計量表計。

6.項目發電量與自發自用比例

6.1年上網電量估算：多晶硅組件在光照及常規大氣環境中使用會有衰減，按系統25年輸出第一年衰減2.5%，以后每年衰減0.7%計算發電量。

結論：由以上計算可得，本工程25年總發電量約為1030.36萬kWh，25年年平均發電約41.21萬KWh。年利用小時數為：1550小時。

6.2用戶用電情況：青山泵站的用電情況為：泵站實行24小時工作制，節假日正常運營。有2臺1250kVA變壓器給泵站供電，正常生產情況下，變壓器的負荷值在40%～70%之間，當日內負荷較為均勻，負荷類型為照明、電機設備等。每年的耗電量約40萬KWh。除特殊因素檢修停用外，項目的自發自用比例可達100%。

7.經濟與社會影響分析

7.1經濟影響分析：本項目投產后，自發自用年節約電費30萬元，獲得國家財政補貼17萬元（含稅）。

7.2社會影響分析：由于本項目是節能環保工程，給當地的經濟、環境都帶來積極的影響，無不利的社會影響。

光伏并網電站在城市供水泵站中的應用，符合我國21世紀可持續發展能源戰略規劃和國家供給側結構性改革要求，也是發展循環經濟模式，建設和諧社會的具體體現。同時，對推進太陽能利用及光伏發電產業的發展進程具有非常大的意義，預期有著合理的經濟效益和顯著的社會效益。