電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用

黃宏偉

摘 要：太陽能憑借其存在廣泛、應(yīng)用便捷、儲(chǔ)量龐大等特點(diǎn)在可再生能源中占據(jù)重要地位，因此對(duì)于如何能夠提升太陽能的有效利用成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。基于此，本文通過對(duì)光伏建筑、水泵系統(tǒng)、直流逆變、并網(wǎng)系統(tǒng)以及無功補(bǔ)償系統(tǒng)控制等方面電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并且通過對(duì)揭陽中誠集團(tuán)有限公司旗下產(chǎn)品實(shí)例，提出自己一點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；太陽能；光伏發(fā)電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.161

0 引言

光伏發(fā)電作為新興可再生能源技術(shù)，能夠在一定程度上緩解國家的能源緊缺問題。光伏系統(tǒng)能夠?qū)⑼饨珀柟廪D(zhuǎn)化為電能供給人們使用，而且能源生產(chǎn)過程中，并不會(huì)有資源損耗、空氣污染等破壞環(huán)保系統(tǒng)的弊端，所以能夠高效利用太陽能成為所有人關(guān)注的重點(diǎn)，而電氣自動(dòng)化能夠有效提高太陽能利用效率，所以對(duì)電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用進(jìn)行研究，符合我國新時(shí)期堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略需求。

1 電氣自動(dòng)化應(yīng)用在光伏建筑以及水泵系統(tǒng)中

隨著科技不斷進(jìn)步，太陽能光伏系統(tǒng)越來越多，這對(duì)管理造成很大的障礙，而且太陽能光伏系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障很難發(fā)覺，所以將電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用在光伏建筑以及水泵系統(tǒng)中，將會(huì)極大的降低故障出現(xiàn)時(shí)處理的難度，即使數(shù)量龐大的太陽能電池板其中某一個(gè)出現(xiàn)問題，通過電氣自動(dòng)化系統(tǒng)便能夠輕易察覺故障發(fā)生地點(diǎn)，在第一時(shí)間進(jìn)行緊急維修，以免影響用戶正常使用。

例如：揭陽中誠集團(tuán)有限公司于2013年12月份在廣州深圳搭建了組件型號(hào)為ZCP6-60P-250W的太陽能電池板，而其監(jiān)控系統(tǒng)采用光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，將相鄰逆變器室內(nèi)的環(huán)網(wǎng)交換機(jī)相互連接。其中NSA3000T光伏電站綜自系統(tǒng)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽能電池板的電壓、電流以及其運(yùn)行狀況；2）通過檢測(cè)防雷器狀態(tài)、斷路器狀態(tài)的采集與顯示，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控逆變器的工作狀態(tài)；3）顯示系統(tǒng)能夠?qū)⑦\(yùn)行的詳細(xì)參數(shù)、故障進(jìn)行記錄以及報(bào)警；4）能夠記錄電量累計(jì)、系統(tǒng)分析、歷史記錄以及參數(shù)設(shè)置等功能。通過對(duì)上述數(shù)據(jù)的檢測(cè)能夠有效察覺故障發(fā)生具體位置，方便進(jìn)行緊急維修，以保證太陽能光伏發(fā)電正常生產(chǎn)。

2 電氣自動(dòng)化應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流逆變中

目前我國光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是直流電，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但是因?yàn)樨?fù)載電壓不同，很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，而后由于并網(wǎng)運(yùn)行的出現(xiàn)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)提出更高的要求，那就是轉(zhuǎn)化為交流電。而交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)解決這一問題，交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏陣列、充放電控制器、蓄電池以及逆變器組成，其中逆變器是關(guān)鍵部位。這個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)非常困難，而且存在一定危險(xiǎn)性，如果通過電氣自動(dòng)化對(duì)上述器件進(jìn)行有效控制，就能夠順利將光伏發(fā)電輸出的直流電變成交流電[1]。

揭陽中誠集團(tuán)有限公司通過對(duì)電站內(nèi)一次以及二次配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，能夠了解到電站內(nèi)各電氣設(shè)備的運(yùn)行情況以及狀態(tài)，并且對(duì)光伏列陣、充放電控制器、蓄電池以及逆變器等光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效監(jiān)控其中包括：1）光伏組件分布監(jiān)控。根據(jù)匯流箱采集數(shù)據(jù)顯示各個(gè)光伏列陣輸出功率，對(duì)產(chǎn)生異常的光伏組件進(jìn)行定位；2）逆變器監(jiān)控。主要檢測(cè)項(xiàng)目包括：直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)等等。

3 電氣自動(dòng)化應(yīng)用在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽能伏光發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)電網(wǎng)進(jìn)行連接，共同承擔(dān)電力供應(yīng)任務(wù)，在白天陽光充足的時(shí)候，逆變器將光伏系統(tǒng)直流電逆變成正弦交流電，其中產(chǎn)生的交流電可以直接供給交流負(fù)載，然后將剩余的電能輸入電網(wǎng)，或者直接將產(chǎn)生的全部電能并入電網(wǎng)。在沒有太陽時(shí)，負(fù)載用電全部由常規(guī)電網(wǎng)供給。電氣自動(dòng)化技術(shù)能夠根據(jù)太陽能發(fā)電量分析常規(guī)電網(wǎng)需要電量數(shù)據(jù)，從而判斷是否需要供電、何時(shí)供電[2]。

揭陽中誠集團(tuán)有限公司在2014年寧夏石嘴山安裝組件型號(hào)為ZCM5--72P-195的50兆瓦光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。這種方案有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：1）安全可靠、無噪音、無污染；2）不受資源分布限制、能夠利用分布式資源；3）系統(tǒng)能夠相互獨(dú)立也可以自行控制，提高安全性；4）節(jié)省土建安裝成本；5）裝機(jī)容量小；6）無需資源消耗，架設(shè)輸電線路便能夠就地發(fā)電供電；7）建設(shè)周期短，設(shè)備安裝完成便能投入生產(chǎn)太陽能。

4 電氣自動(dòng)化應(yīng)用在光伏發(fā)電無功補(bǔ)償控制中

光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其中元器件絕大部分為電子元器件，電子元器件在啟用過程中會(huì)產(chǎn)生無功損耗以及諧波，諧波會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成供給電壓不足或者電壓超負(fù)荷的情況。但是通過電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)便能夠進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使無功損耗以及諧波不會(huì)影響到太陽能光伏發(fā)電供電的穩(wěn)定性。

揭陽中誠集團(tuán)有限公司采用NSA100SVG高壓有緣動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置以及NSA200APF有源電力濾波裝置，其存在以下四點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）功能完善。能夠?qū)μ柲芄╇娞峁┩晟频谋Ｗo(hù)、策略以及控制功能和優(yōu)化的系統(tǒng)方案；2）極為可靠。產(chǎn)品軟件架構(gòu)合理，穩(wěn)定可靠，其中產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)布局以及電磁兼容均滿足國家以及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠保障所有設(shè)備長(zhǎng)期可靠運(yùn)行；3）擴(kuò)展性強(qiáng)。裝置采用模塊化設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用各種插件模塊通用性高，具有擴(kuò)展性強(qiáng)以及維護(hù)便利的優(yōu)點(diǎn)，能夠充分實(shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的各種要求；4）通訊功能強(qiáng)。通訊規(guī)約種類豐富，并且能夠根據(jù)太陽能發(fā)電需求對(duì)規(guī)約進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展，而且通訊模塊能夠滿足各種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求，如雙網(wǎng)冗余方式、光纖星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)等等。

5 總結(jié)

綜上所述，電氣自動(dòng)化被廣泛應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)，也能夠提升太陽能光伏發(fā)電的效率。本文通過察覺故障發(fā)生地點(diǎn)、逆變器的控制、分析常規(guī)電網(wǎng)需要電量數(shù)據(jù)、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)等方面電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，并得出電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中有效應(yīng)用，能夠推動(dòng)可再生能源的發(fā)展，也能夠有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]王振杰.淺談電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（04）：37.

[2]唐襄燕.電氣自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014，33

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