分布式光伏電站在油田電力網的應用及維護探討

李東波 王妮 鞏建衛 李家新

摘 要：本文針對目前勝利油田勝北供電管理區分布式光伏電站建設實際，主要圍繞對分布式光伏電站相關組成部分的研究，結合分布式光伏電站的現場應用以及并網運行情況分析展開探討。通過從分布式光伏電站的現場應用情況進行分析，逐步深入到對于后續保證分布式光伏電站其可靠運行的日常維護探討和并網后電網安全運行等內容，將理論與實際應用相結合應用到實際的工作中，為后期的現場提供一定的參考意義。

關鍵詞：MPPT;配電網光伏發電;逆變器;光伏并網

1 概述

隨著全球經濟的快速發展，人口持續保持著高增長勢頭，以及對傳統能源需求進一步擴大，已造成不可再生能源的逐漸干涸，可再生能源開發研究利用已成為重要戰略部署。太陽能作為一種非常理想大眾且低廉的可再生能源，安全可靠，用之不竭，高效清潔。太陽能光伏發電則是利用太陽能光伏電池板的光伏效應，將太陽輻射能直接轉化為可利用電能的一種新型發電方式。根據油田推出綠能產業計劃，大力推動和提升新能源產業的發展，提高經濟運行質量和效益，增強綜合實力和企業核心競爭力具有十分重要的意義。在今后，隨著新能源技術的成熟應用，分布式光伏電站在油田電力網中的投入建設及應用在未來電力網中的占比也將逐步增大。

2 分布式光伏電站基本概念、原理及主要組件

2.1 基本概念

分布式光伏并網系統是指采用光伏組件將太陽能直接轉換為電能，并且在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側自發自用、多余電量上網，以單個并網點380 V或220 V進行并網發電。且在配電系統平衡調節為特征的光伏發電設施。

2.2 光伏發電的工作原理

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。這種技術的關鍵元件是太陽能電池。太陽能電池經過串聯后進行封裝保護可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發電裝置。

太陽能光伏組件將直射太陽光轉化為直流電，光伏組串通過直流匯流箱并聯接入直流配電柜，匯流后接入逆變器直流輸入端，將直流電轉變為交流電，逆變器交流輸出端接入交流配電柜，經交流配電柜直接并入用戶側。

2.3 分布式光伏電站主要設備

分布式光伏發電系統的基本設備有太陽能電池組件、光伏方陣支架、并網逆變器、直流匯流箱、直流配電柜、交流配電柜等，另外還有系統監控裝置和環境監測裝置。其中，最重要的兩個設備是太陽能電池組件和并網逆變器，這兩個設備的質量直接影響整個分布式光伏系統的性能。

（1）太陽能電池組件。光伏發電板作為太陽能電池組件的主要組成部件，其是光伏發電系統最主要的部分，太陽能光伏電池板將光能轉換為電能。

（2）匯流箱。在太陽能光伏發電系統中，為了減少太陽能光伏電池陣列與逆變器之間的連線使用到匯流箱。

（3）充放電控制器。充放電控制器包括光伏電池MPPT控制器和逆變單元控制器兩部分。其中MPPT控制器實現光伏電池的最大功率輸出的控制，保障光伏能源充分利用。

（4）逆變器。逆變器是將直流電轉換成交流電的設備。由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負載是交流負載時，逆變器是必不可少的。逆變器按運行方式，可分為獨立運行逆變器和并網逆變器。獨立運行逆變器用于獨立運行的太陽能電池發電系統，為獨立負載供電。并網逆變器用于并網運行的太陽能電池發電系統。逆變器按輸出波型可分為方波逆變器和正弦波逆變器。方波逆變器電路簡單，造價低，但諧波分量大，一般用于幾百瓦以下和對諧波要求不高的系統。正弦波逆變器成本高，但可以適用于各種負載。

（5）配電室。帶有低壓負荷的室內配電場所稱為配電室，主要為低壓用戶配送電能，設有中壓進線、配電變壓器和低壓配電裝置。10 kV及以下電壓等級設備的設施，分為高壓配電室和低壓配電室。高壓配電室一般指6 kV～10 kV高壓開關室;低壓配電室一般指10 kV或35 kV站用變出線的400 V配電室。

（6）防雷系統。防雷系統為雷雨天光伏發電系統中重要部分如電池板，逆變器等提供重要保護。

3 分布式光伏電站在油田現場的應用情況

供電管理區轄區內分布式光伏電站建設于2020年起步，分別在轄區4個注水泵站建設8組電站，總裝機容量2 794.4 kWp，涉及7條10 kV配電線路，截止2020年底，其中坨二站、坨三站以及坨三污水站的光伏電站已經實現并網發電。結合供電管理區配網自動化系統，可以實現對于實現分布式光伏并網配電線路的電流、電壓等實時運行數據進行在線監測，并可通過歷史曲線直觀監測到并網線路的分布式光伏的接入點動態數據情況。

光伏發電系統按安裝容量可分為下列三種系統：小型光伏發電系統：安裝容量小于或等于1 MWp;中型光伏發電系統：安裝容量大于1 MWp和小于或等于30 MWp;大型光伏發電系統：安裝容量大于30 MWp。因此，勝北供電管理區目前建設的分布式光伏電站均屬于小型光伏發電系統。

目前供電管理區轄區內光伏電站主要是在太陽能電池發電情況下優先滿足所在站用電，余電直接通過站用變壓器直接就近并網到10 kV配電線路進行消納。其接入點為低壓配電柜母線直接接入，無電能質量采集實時測量裝置，也不具備蓄能裝置。存在電能質量無法量化評價、電站發電峰谷對電網影響無法準確測算的問題。同時沒有采用交流隔離變壓器，光伏發電常見的直流分量問題也未見消減控制措施。無法實現對分布式光伏電站的電能質量的在線監測分析，對以及對電網的相關影響進行動態分析評估。

4 分布式光伏電站優缺點

4.1 優點

（1）無枯竭危險。

（2）安全可靠，無噪聲，無污染排放外，絕對干凈（無公害）。

（3）不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優勢。

（4）無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電。

（5）能源質量高。

（6）使用者從感情上容易接受。

（7）建設周期短，獲取能源花費的時間短。

4.2 缺點

（1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積。

（2）獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關。

（3）給電網帶來波動性。

（4）大量電力電子元件的接入，帶來諧波污染，需要去諧波裝置。

5 分布式光伏電站運維

分布式光伏電站常見問題主要有DC/MC4端子燒毀;AC端子過熱損壞;并網空開關過熱損壞以及逆變器等方面。而逆變器作為分布式光伏系統中唯一一個綜合型信息反饋設備，所有光伏系統的故障都可能通過逆變器的保護功能體現出來，運維人員需要了解基礎各項保護信息，才能有效、正確尋找判斷故障原因，分析判斷出設備故障或系統本身故障。主要包括以下幾個方面：直流側保護;交流側保護;其他保護;監控問題等。

問題主要表現在以下幾個方面：逆變器報漏電保護;逆變器PV絕緣阻抗過低;逆變器直流過壓、母線過壓;逆變器直流輸入擾動;逆變器直流反接;逆變器電網過（欠）壓;逆變器電網過（欠）頻;逆變器電網擾動等。

保證日常高質量的運維工作是分布式光伏電站長期安全穩定運行的必要條件，下一步將繼續探索標準化、規范的運維工作標準及工作模式。

6 結束語

綜上所述，分布式光伏電站在勝北供電管理區已經良好應用。隨著國家及油田層面的綠能計劃的大力推廣和實施，勝北管理區分布式光伏電站的裝機容量將進一步加大，其經濟效益和社會效益將同步日益增長，筆者將繼續探索相應的配套運維手段、積累運維經驗，保證其長期安全穩定運行，創造更大的效益。

參考文獻：

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