变电站光伏并网发电系统设计要点研究

变电站光伏并网发电系统设计要点研究

作者：姚华

来源：《科学与信息化》2018年第11期

摘 要 分布式能源发电是现如今最能体现节能，减排，高效率的一种能源发展方式，光伏发电是一种可再生能源，并且正向着替代性能源过渡。对于可再生能源的迅速发展，其功率的不断增强，以及地理环境等的因素制约了其在世界各地的发展。虽然我国光伏发电发展很快，但是实际上关于这方面的案例还是相对较少的。本文将着重研究并分析变电站光伏并网发电系统设计的要点，并就这个问题提出一些建议。 关键词 变电站；光伏并网；发电系统；电气设计 1 发电系统构成

变电站并网发电系统的构成系统中最重要的是这三个：光伏组件，并网逆变器，交直流防雷配电柜。在光生伏打效应下，太阳能完全可以转化为直流电能，这股直流电经过交直流防雷配电柜进入并网逆变器，最后并网逆变器逆变这股电流为符合电能质量要求的直流电，再经过交直流防雷配电柜接入三相交流电网来进行并网发电。这套并网发电系统必须采用大功率单晶硅太阳能电池组件，光伏组件的有效总面积达220平方米，占地面积约470平方米[1]。 每一个太阳能电池串联严格按照八块电池组件串联连接，此系统可分为21个这样子的太阳能电池串列。不仅是减少电池组件与逆变器之间的连接线，而且是日后维护的方便需要，应该在直流侧配备4台光伏方阵防雷汇流箱，直流输出电流经电缆线输送到二次室，经过交直流防雷配电柜直流单元汇流成直流母线进入到sg30k3并网逆变器，最后经过交直流防雷配电柜交流单元汇入三相交流低压电网。 2 关键技术

（1）光伏并网在白天时由光伏发电给站用电负荷供电，阴雨天及黑夜时由市电给站用电负荷供电。

（2）系统应有最大功率点跟踪的设备，这样能够使系统获得最大的输出功率。 （3）系统应有过压或者欠压保护，过频或者欠频保护，短路保护，防孤岛效应等并电保护的系统设备[2]。

（4）系统应有远程通信功能，以此来实现系统运行情况和设备的情况的远程监视。 3 太阳能电池组件方阵系统设计要点

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3.1 太阳能电池的发电原理

有光照的情况下，太阳能电池吸收光能，这时电池两端一般会积累异号电荷，产生“光生电压”即为“光生伏打效应”。在此效应的作用之下，太阳能电池的两端会产生电动势并将光能转化成为电能，太阳能则在其中扮演了电量转化器件的角色。在这个时候，太阳能照射到半导体时，会产生电压并且造成此器件的短路，这时候电流就产生了。这样产生的电流可以随着光的强度变化而变化，当光的强度变大时，电流量就会变大；当光的强度变小时，电流量就会变小，但这个度并不是无限制的，当光强度达到定值时，太阳能电池则可以被看成恒流源。 3.2 太阳能电池的主要类型

太阳能电池主要分为以下几类：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。除此之外，在人们的科研过程中还存在着纳米氧化钛敏化电池，多晶硅薄膜和有机太阳电池等许多太阳能电池。但在此系统中，主要运用的还是单晶硅电池和多晶硅电池，在这二者之中，单晶硅电池的转化效率是最高的，所以在研究和运用中，单晶硅电池能被更加广泛的运用。

3.3 太阳能光伏组件方阵设计

此方阵设计发电系统共采用八块组件串联为一个单元，共有21支路并联方式，并且输入四个汇流箱，其中三个汇流箱每个汇流箱应该接五路输入，剩下一个汇流箱应该接六路输入。经过汇流之后电缆通过电缆沟进入主控室的交直流配电柜，并经过交直流接入并网逆变器，在最后，由系统中的并网逆变器经过交直流配电柜交流单元达到最后的低压电网，这个系统设计就完成了[3]。

4 光伏并网逆变器研究

4.1 光伏并网逆变器的性能与特点

光伏并网发电器应该采用美国制造dsp控制芯片，主电路应该采用日本的最为先进的只能功率ipm模块组装完成，并且在同时运用电流控制器pwm有源逆变技术与优质进口的高效隔离变压器，套系统的可靠性非常高，保护功能也相对比较齐全，并具有电网侧高功率因数正弦波电流，还有无谐被污染供电等优点。

并网逆变器经过三相逆变器，并且将光伏阵列直流电压转换为高频的三相交流电压，并且经过滤波器的滤波变成正弦波电压，之后再通过三相变压器隔离并且升压之后并入电网发电。在此时，为了能使光伏阵列用最大的功率发电，并且在直流电侧采用先进的mppt的高阶算法。

4.2 光伏并网逆变器的运行效益

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在世界中国，传统的发电一般都是由煤炭燃烧完成，但是这个产生大量污染，主要污染为粉尘，二氧化碳，二氧化硫，热污染，化学污染等，国家每年都要额外的支出一大笔用来治理污染和环境保护的费用，在这种情况下，太阳能发电的优势就显现出来了，太阳能发电不需要消耗能量，没有空气污染，可以节约煤炭使用率，同时也实现节能减排的目的，高效地实现能源的清洁利用，对保护环境和节约能源可以做出巨大的贡献。 4.3 辅助材料的性能

（1）具有较为良好的美化效果

（2）具有比较强势的抗曝晒抗辐射和抗腐蚀的特性

（3）具有较为良好的防潮阻燃性能，在聚冷，聚热环境温度的跨度较大的情况下，不会有结霜的现象

（4）具有较为良好的防冻防裂，隔热的特性

（5）具有能在全天候之下使用的功能，并且可以和周围的环境相协调 （6）在外形结构和装饰色彩方面的可选择性比较大 （7）箱体有较为良好的抗风化性，使用寿命可达50年 5 光伏并网发电系统的实际效果

一般情况下，光伏并网发电系统在逆变电源安装之后，逆变器通常处于待机模式，此系统持续的检测光伏阵列有无足够的能量并网发电，当这时达到并网的条件时，逆变器会从待机模式转入并网发电模式。在这种并网发电模式之下，逆变电源一般在mppt方式情况下能使光伏阵列输出的能量最大，在此同时时时刻刻重点监测电网情况。 6 结束语

在世界范围内，变电站光伏并网发电系统使用了太阳能这个绿色环保无污染的清洁能源，不仅节能环保，而且增加了变电站的用电系统的可靠性，在总体上实现零消耗。在这种发电形式与其他的发电形式相比较来说，经济效益虽然不高，但是在安全高效方面时无可匹敌的。 参考文献

[1] 王建，李兴源.含有分布式发电装置的电力系统研究综述[J].电力系统自动化，2005，29（24）：90-97.

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[2] 刘同旭.110kv锥山变电站光伏并网发电系统研究[J].机械与电子，2010，（7）：101-102.

[3] 崔岩，黄宏生，李大勇，等.太阳能光伏系统最大功率跟踪器的研究[J].哈尔滨理工大学学报，2005，10（6）：8-11.