基于110kV锥山变电站光伏并网发电系统研究

　　【摘要】对110kV 锥山变电站光伏并网发电系统的结构进行了介绍,对光伏并网发电系统相关技术进行了研究,分析了该太阳能光伏系统的效益,从太阳能发电量和节能减排效益的角度认为该太阳能光伏发电系统不仅解决了变电站自用电,对城市电力也是一个补充,同时降低了能耗污染。

　　0 引言

　　太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。充分利用太阳能有利于保持人与自然的和谐相处及能源与环境的协调发展。21 世纪以来， 世界太阳能光伏发电产业快速发展，市场应用规模迅速扩大。为了研究光伏并网发电应用技术，蚌埠供电公司申报了一个科技项目， 在锥山变电站建立了光伏并网发电系统。

　　1 系统构成

　　锥山变电站光伏系统设计总容量为30kW，主要包括光伏组件、并网逆变器、交直流防雷配电柜等部分。光伏组件在光生伏打效应下将太阳能转换成直流电能， 直流电经交直流防雷配电柜流入并网逆变器，并网逆变器将其逆变成符合电网电能质量要求的交流电，经过交直流防雷配电柜接入AC380V/50Hz 三相交流电网进行并网发电。该系统采用大功率单晶硅太阳能电池组件， 光伏组件有效总面积220m2，占地约470m2。

　　每个太阳能电池串列按照8 块电池组件进行串联设计，系统可分成21 个太阳能电池串列。为了减少电池组件与逆变器之间连接线，以及日后的维护方便，在直流侧配置了4 台光伏方阵防雷汇流箱，其直流输出通过电缆线输送到二次室，经交直流防雷配电柜直流单元汇流成一条直流母线输入到SG30K3 并网逆变器，再通过交直流防雷配电柜交流单元接入AC380V/50Hz 三相交流低压电网。

　　整个光伏并网发电系统配置1 套监控装置， 通过RS485 或Ethernet（以太网）通讯接口将系统的工作状态和运行数据以及环境参数提供给专业技术人员进行实时监测。
系统原理图如下：

　　2 系统技术要求

　　2.1 要求光伏并网，在白天由光伏发电给站用电负荷供电，并将多余电量馈入电网。在晚上或阴雨天发电量不足时，由市电给站用电负荷供电。
　　2.2 要求系统具备最大功率点跟踪控制功能， 使系统获得最大的功率输出；
　　2.3 要求系统具备过/欠压保护、过/欠频保护、短路保护、防孤岛效应等并网保护功能；
　　2.4 要求系统具备远程通讯功能，以实现系统运行情况的远程监视。

　　3 太阳能电池组件方阵的设计

　　3．1 太阳能电池发电原理和分类

　　太阳能电池组件方阵在有光照情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏打效应”。在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，太阳能电池是能量转换的器件。当太阳光照射到半导体P-N结时，会在P-N 结两边产生电压，使P-N 结短路，就会产生电流。这个电流随着光的强度的加大而增大，当接受的光的强度一定时，就可以将太阳能电池看成恒流源。太阳能电池主要有以下几种类型：单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池、碲化镉电池、铜铟硒电池等。目前在研究的还有纳米氧化钛敏化电池、多晶硅薄膜以及有机太阳电池等。但实际应用的主要还是单晶硅电池和多晶硅电池。其中单晶硅电池的转换效率最高，因此锥山变电站光伏并网发电系统选用了单晶硅电池。

　　3．2 光伏组件方阵的设计

　　采用180W 单晶硅光伏电池组件共168 块，分为21 个单元，每个单元阵列支架可放置8 块太阳能电池组件。组件正面朝南放置，阵列共5 行，其中靠北4 行每行包含5 个单元阵列，靠南单独一单元阵列为一行。根据蚌埠纬度，优化设计支架与水平地面倾角为27.4°。

　　整个发电系统采用8 块组件串联为一单元， 一共21 支路并联的方式，输入4 个汇流箱，其中的3 个汇流箱每个接5 路输入，另一个汇流箱接6 路输入。经汇流后电缆经过电缆沟进入主控室交直流配电柜，通过交直流配电柜直流单元接入SG30K3 并网逆变器，最后由并网逆变器经交直流配电柜交流单元至380V 低压电网。