【摘要】利用太陽(yáng)能發(fā)電，為變電站直流系統(tǒng)提供供電是當(dāng)前較清潔的一種發(fā)電形式。首先介紹了變電站光伏直流系統(tǒng)的構(gòu)成和原理，然后結(jié)合實(shí)際對(duì)其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能發(fā)電；變電站直流系統(tǒng)；控制器

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，也出現(xiàn)了一系列問(wèn)題，環(huán)境污染、能源緊張最為突出，又牽制了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。開(kāi)發(fā)新能源是當(dāng)前社會(huì)各國(guó)重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，作為其中一種較為清潔的可再生資源，太陽(yáng)能因其普遍、環(huán)保、長(zhǎng)久、巨大等優(yōu)勢(shì)備受青睞。隨著人們生活生產(chǎn)用電需求量的驟增，電力系統(tǒng)供電日益緊張，環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，為此有必要引進(jìn)太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電。近些年來(lái)，世界各國(guó)均加大了在此方面的投入和研究力度，我國(guó)也應(yīng)跟緊時(shí)代，盡早實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)的太陽(yáng)能供電。

1 變電站光伏直流系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

變電站光伏直流系統(tǒng)，即變電站直流系統(tǒng)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)合，主要是利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)發(fā)電供電。具體來(lái)說(shuō)，即以變電站原來(lái)的直流系統(tǒng)為基礎(chǔ)，增設(shè)太陽(yáng)能電池組件、控制器、充電機(jī)、蓄電池組等裝置。

① 電池板

太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指對(duì)光能加以利用，并將其轉(zhuǎn)化為電能。利用多塊太陽(yáng)能電池組合成太陽(yáng)能板，再通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)的方式，將多塊太陽(yáng)能板組合成光伏組件陣列，實(shí)現(xiàn)最終的發(fā)電。電池板是系統(tǒng)的核心，擔(dān)負(fù)著光能轉(zhuǎn)換為電能的重任，除了給系統(tǒng)供電，還負(fù)責(zé)給蓄電池充電。

② 光伏控制器

控制器十分關(guān)鍵，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的控制調(diào)整，如對(duì)蓄電池具有過(guò)充電的保護(hù)作用，包括電壓電流荷載過(guò)大時(shí)，對(duì)其予以一定的調(diào)整，以維護(hù)系統(tǒng)正常供電。另外，控制器還有遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。

③ 蓄電池

蓄電池即系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，因?yàn)樘?yáng)能發(fā)電過(guò)程中，除了滿足正常供電，還會(huì)產(chǎn)生多余的電能，常輸送至蓄電池加以儲(chǔ)存。若發(fā)電量達(dá)不到實(shí)際需求時(shí)，蓄電池可及時(shí)供電?？紤]到變電站本就配置有蓄電池，且能夠滿足需求，無(wú)需重新配置蓄電池。

④ 充電裝置

多指充電機(jī)，是系統(tǒng)的原配裝置。充電機(jī)和控制器互為備用，負(fù)責(zé)直流系統(tǒng)的供電。在對(duì)充電機(jī)的啟停進(jìn)行控制時(shí)，可通過(guò)加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)交流輸入端與接觸器的閉合與斷開(kāi)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)原理

變電站光伏直流系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，先由太陽(yáng)能組件方陣將太陽(yáng)輻射時(shí)的光能轉(zhuǎn)換為電能，光伏控制器對(duì)電壓加以控制，保證穩(wěn)壓輸出，和直流系統(tǒng)的合閘母線相連。若輸出電壓與直流系統(tǒng)的電壓要求相符，則組件方陣直接對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行供電，多余的電能則輸送至蓄電池儲(chǔ)存，此時(shí)充電機(jī)輸入端交流接觸器在控制器的控制下處于斷開(kāi)狀態(tài)，不發(fā)生作用。若輸出電壓與直流系統(tǒng)的電壓要求不相符時(shí)，控制器則自動(dòng)停止電壓輸出，同時(shí)令充電機(jī)輸入端與系統(tǒng)母線相連，改由充電機(jī)向系統(tǒng)供電?？刂破骱统潆姍C(jī)互為備用，當(dāng)一方停止工作時(shí)，由另一方繼續(xù)工作，以保證系統(tǒng)不間斷發(fā)電。此外，充電機(jī)輸出回路上通常需要加接防反沖二極管，但控制器內(nèi)部已有，所以無(wú)需外加。當(dāng)變電站的電壓超過(guò)220KV時(shí)，常會(huì)采用“兩電兩充”、“兩電三充”的配置方式，依靠防反沖電二極管，控制器的直流輸出可接入兩組蓄電池組。若是110KV的變電站，應(yīng)對(duì)輸出電壓以及控制器參數(shù)加以調(diào)整。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

變電站光伏直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)正常供電，應(yīng)考慮多項(xiàng)因素，包括氣象條件、日照強(qiáng)度、風(fēng)速、溫濕度、電壓等級(jí)、功率消耗、工作時(shí)間等，還需考慮臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣。有一方數(shù)據(jù)失真或準(zhǔn)確度不夠，極易影響到發(fā)電效果。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)必須嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，遵循系統(tǒng)的安全級(jí)別要求。關(guān)于設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括蓄電池容量、光伏組件容量、系統(tǒng)安全、接地防雷的設(shè)計(jì)等，均要將質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)性當(dāng)做重點(diǎn)考慮。

① 在設(shè)計(jì)光伏組件的容量時(shí)，日照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、光譜等都有影響，日照強(qiáng)度影響最大。在獲取日照強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)，氣象部門(mén)多是在水平面測(cè)量。而實(shí)際上，太陽(yáng)能板與地面存在一定的夾角，以最大地吸收光熱。這就要求在分析數(shù)據(jù)時(shí)需進(jìn)行換算；② 光伏組件傾角的設(shè)計(jì)極為重要，直接影響著到太陽(yáng)光的吸收程度。實(shí)際設(shè)計(jì)之前，通常會(huì)試驗(yàn)多種情況，記錄好每一次結(jié)果，經(jīng)過(guò)對(duì)比后，確定最佳傾角，保證系統(tǒng)每月接收的日照強(qiáng)度相似，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)常年的正常工作。在當(dāng)前你信息化時(shí)代，科技越來(lái)越發(fā)達(dá)，在獲取最佳傾角時(shí)，已無(wú)需一一對(duì)比試驗(yàn)，借助專業(yè)計(jì)算軟件，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)可直接求出最佳傾角。

2 實(shí)例分析光伏太陽(yáng)能系統(tǒng)在變電站直流系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

2.1 實(shí)例分析

某110KV變電站負(fù)責(zé)所在市市區(qū)的供電，占地面積8500m2，為無(wú)人值班變電站，采用“一電一充”的模式。正常情況下，其直流負(fù)載為0.8KW，配置有蓄電池和充電機(jī)，前者的容量為180AH，后者的額定電壓為220V，額定電流為40A。該變電站直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)為獨(dú)立的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，白天接收日照，太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，直接向直流系統(tǒng)供電，同時(shí)再和變電站原有的交直流系統(tǒng)連接。通過(guò)光伏控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量不足時(shí)的電源自動(dòng)切換，增強(qiáng)直流系統(tǒng)供電的可靠性。

2.2 系統(tǒng)配置

① 太陽(yáng)能電池組件

該變電站的蓄電池容量為180AH，正常充電限流按18A計(jì)算，要求變電站光伏直流系統(tǒng)太陽(yáng)能電池組件方陣的最大輸出功率為5KW。采用高品質(zhì)單晶硅太陽(yáng)能電池組件進(jìn)行鋪設(shè)，單片太陽(yáng)能電池組件面積為1.3m2 ，能夠在可利用面積內(nèi)鋪設(shè)30塊。此發(fā)電系統(tǒng)的最大發(fā)電功率能夠保證達(dá)到5.5kW，既滿足了蓄電池均充的需要，又保證了對(duì)負(fù)荷的供電。此處采用GYS—165單片太陽(yáng)能電池，重15Kg，功率為165W，最佳工作電壓為35.5±0.5V，最佳工作電流為4.5±0.5A。

② 光伏控制器

太陽(yáng)能控制器采用階梯式逐級(jí)限流充電方法，依據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢(shì)，自動(dòng)控制多路太陽(yáng)能電池方陣的依次接通或斷開(kāi)，既可充分利用寶貴的太陽(yáng)能電池資源，又可保證蓄電池組的安全和可靠的工作。

③ 控制器的性能特點(diǎn)

電池組件輸入設(shè)計(jì)為3路，配置有3+1路防雷器。直流輸出負(fù)載和蓄電池輸入均為1路。采用微電腦芯片加以控制，中文LCD液晶顯示，能夠隨意設(shè)定修改充放電的各個(gè)參數(shù)點(diǎn)，在各種場(chǎng)合都比較適用，還能有效避免各路充電開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟、閉合引起的振蕩。各路充電壓檢測(cè)具有“回差”控制功能，可防止開(kāi)關(guān)進(jìn)入振蕩狀態(tài)。

2.3 效益

該變電站自建立投入使用后，一直以來(lái)，運(yùn)行都比較穩(wěn)定，且維護(hù)十分方便。據(jù)內(nèi)部人士透露，采用光伏直流系統(tǒng)，變電站每年可節(jié)省電量近5萬(wàn)kWh，經(jīng)濟(jì)效益3萬(wàn)元，且周圍環(huán)境的污染程度大幅降低。

3 結(jié)束語(yǔ)

如今，人們的用電量不斷上漲，且對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，給供電企業(yè)造成了巨大壓力。為緩解用電緊張，利用可再生能源發(fā)電的研究越來(lái)越多，太陽(yáng)能發(fā)電則是當(dāng)前最為清潔的一種能源，在節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)方面做出了巨大貢獻(xiàn)，值得推廣應(yīng)用。

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