光伏太阳能系统在变电站直流系统中的应用

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。进入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，中国光伏产业在国家大型工程项目、推广计划和国际合作项目的推动下，正以前所未有的速度迅速发展。随着太阳能光伏电池价格的逐渐降低，变电站使用太阳能供电已经成为可能。

一、110kV变电站光伏直流系统的应用

110kV变电站作为典型的无人值守变电站，变电站的直流负荷正常不超过1kW，配置的蓄电池容量为200Ah，直流充电机的额定电压、额定电流为220V、40A，光伏太阳能直流系统110kV变电站试用非常理想。变电站直流系统为独立的太阳能发电系统，在白天有日照的情况下由太阳能光伏系统产生的电能向变电站内的直流系统供电，同时再和变电站原有的交直流系统连接，通过光伏控制器来实现当光伏发电系统发电量不足时的电源自动切换，增强直流系统供电的可靠性。变电站光伏直流系统原理图见图1所示。

图1  变电站太阳能光伏直流系统连接原理图

二、变电站光伏直流系统的特点

在变电站原有直流系统的基础上，增加了太阳能电池组件和光伏控制器，太阳能电池组件方阵在太阳的照谢下产生并输出电能，经光伏控制器稳压后输出至直流系统的合闸母线上。在充电机输出回路上加防反二极管（实际上，在光伏控制器和充电模块内部已经加装了防反二极管）。这样，当太阳能电池组件输出电压在直流系统的要求范围内时，由光伏系统给直流系统供电，同时向蓄电池充电，此时充电机输入端交流接触器受光伏控制器控制而断开。当太阳能电池组件输出电压不符合直流系统的要求范围时，光伏控制器自动停止输出且控制充电机输入端交流接触器吸合，此时由充电机给变电站直流系统供电。光仅控制器和充电机交替工作，互为备用，以提高变电站直流系统的供电可靠性。

三、变电站光伏直流系统的配置

3.1 太阳能电池组件

110kV变电站蓄电池容量为200Ah，正常充电限流电流为0.1C10，即20A，要求变电站光伏直流系统太阳能电池组件方阵的最大输出功率为5.1kW。采用高品质单晶硅太阳能电池组件进行铺设，单片太阳能电池组件面积为1.3m2 ，能够在可利用面积内铺设30块。此发电系统的最大发电功率能够保证达到6kW，既满足了蓄电池均充的需要，又保证了对负荷的供电。

表1  GCS-165C太阳能电池组件技术参数表

3.2 太阳能控制器的技术描述

太阳能控制器采用阶梯式逐级限流充电方法，依据蓄电池组端电压的变化趋势自动控制多路太阳能电池方阵的依次接通或断开，既可充分利用宝贵的太阳能电池资源，又可保证蓄电池组的安全和可靠的工作。

3.3 太阳能控制器的性能特点

3.3.1 光伏电池组件输入：3路，配置3+1路防雷器；蓄电池输入和直流输出负荷各1路；

3.3.2 微机控制，中文大屏幕液晶显示，充放电参数可根据变电站的运行情况设定，可适应不同场合的特殊要求，可避免充电机开关和光伏电池开关同时开启或关断；

3.3.3 具备完善的保护功能；

3.3.4 具有RS-485或以太网通信接口；

3.3.5 具有温度补偿功能。

3.4 控制器技术参数，见表2

表2 控制器技术参数

 3.5 系统参数设置，见表3

表3 系统参数设置

  四、经济、社会效益分析

根据测算，使用光伏太阳能系统后，变电站每年可节省电量近5万kWh，经济效益3万元。太阳能是绿色、环保无污染的清洁能源，面对传统能源日益紧张的形式和严重的污染，利用太阳能无疑是未来社会发展的必然趋势。

五、参考文献

国家电网公司光伏电站接入电网技术规定

作者简介：

刘峰（1974—）男，工程师，东北电力大学毕业，研究方向为变电站直流电源系统的集成。