光伏发电技术的实际应用

季亮

摘 要：本文以南海LS公司的光伏项目介绍了光伏技术的实践应用和设计主要思路，论述了光伏发电技术主要设备组成原理、系统接入、继电保护、自动化控制等。

关键词：光伏；系统接入

所谓并网光伏发电系统是指太阳电池利用太阳辐射能量产生的直流电（即太阳电池的“光生伏特效应”）通过并网光伏逆变器转换成交流电向电网输送的系统。与通过煤、石油和天然气等传统能源进行发电的发电站系统相比，并网光伏发电系统具有可再生、无污染等优点。

1 项目理论分析

1）光伏发电原理及系统组成。a.光伏组件数组：其作用是利用光生伏特效应将太阳辐射的能量转换为直流电，系统向电网输送的所有电能均由其提供。b.并网光伏逆变器：其作用是将光伏组件数组输出的直流电通过电力电子转换装置转换成符合上网要求的交流电。c.公共电网：其作用是吸收并网光伏逆变器产生的电能，通常可以将其看作一个无限大的交流储能装置。d.并网光伏发电系统中一般还都配有直流汇流箱及直流配电柜、交流配电柜、监控系统等设备。对于大功率的并网光伏系统，通常还配有大容量变压器以将其产生的电能直接送入高压电网。

2）项目建设意义。本项目设置在LS公司厂区内，可以将发出的电能就近使用，减少了因电能在传输的过程中产生的损耗。项目的建设符合产业政策的发展方向，带来较好的社会效应。

3）项目发电量预测及分析。LS公司目前由110kV变电站出LN线供电，工厂日平均峰值功率为12709kW，本次将建设的光伏项目本期光伏项目建设规模为6.09MWp，光伏组件全部安装厂区屋顶。可知：工厂可直接消纳完光伏发电容量。当园区内用电负荷较低时（节假日休息），光伏发电富余电量将送入当地公共电网。光伏电站建成后，全年理论发电量约等于：744.198万kWh。光伏发电系统总效率为：78%，全年理论上网电量约等于：744.198万kWh×78%=580.474万kWh。第一年发电等效利用小时数为：5804740kWh÷6090kW=749小时。

4）并网接入方案。由于厂区面积大，用电负荷分散，供电距离长，采用10kV并网接入时，可减少远距离送电的损耗。减少并网接入点，减少低压电缆的长度，减少低压线路损耗。

5）接入系统主要一次设备组成。本期工程各厂房屋面光伏组件产生直流电通过逆变器将原直流电转换为三相交流电后送至交流电汇流箱，通过电缆送至升压变压器，通过升压变压器将光伏发电转换为标称电压为10kV电源送至接入点并网送电。并网路径为：光伏发电箱式变压器→光伏发电户外开关站→LS公司变电站LN线进线变电所→110kV变电站。原理框图如图1所示。

6）接入点相关变电站10kV母线无功分析。本项目采用的逆变输出功率因子可以在超前0.85到滞后0.85之间可调，逆变器设备的功率因子正常标准设置为滞后0.99。接入点110kV变电站10kV母线无功满足要求，该线路光伏发电产生的无功功率不大，其数值均小于变电站母线无功补偿容量，都可以由变电站10kV母线无功补偿装置进行调节，因此不会影响变电站的运行。

2 光伏发电对拟接入电力系统的影响

2.1 光伏电站接入系统谐波分量控制

在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生谐波。并网发电后，将在发电段进行谐波检测，根据检测结果进行针对性治理，主要依靠并网逆变器来保证。并网逆变器在出厂时都经过严格检测，控制系统产生的谐波分量满足GB/T-14549-1993要求及满足国家光伏发电系统接入电网的相关技术规定。对接入电力系统的影响满足规范要求。

2.2 发电系统短路电流

逆变器通过触发相位的控制来实现快速和多种方式的调节，当被并网的交流系统短路故障，控制系统瞬间关断逆变器的输出，即光伏发电系统不会向交流短路点提供短路电流。因此，电网侧相关交流电气设备短路电流方面的校核可不考虑光伏发电系统并网的影响。

3 光伏发电系统自动化控制

3.1 调度关系

本工程光伏电站由佛山配网自动化系统（DMS）进行调度管理，站内远动信息送佛山配网自动化系统（DMS）主站，电能质量监测信息送佛山电能质量监测系统主站。

3.2 自动化监控系统

本工程为10kV并网光伏电站，监控系统按照“无人值班，少人值守”的运行管理模式设计。自动化监控系统分为站控层和间隔层，站控层网络采用单以太网结构。1）站控层采用集中监控方式，由监控室运行人员通过监控系统的操作员站人机接口，对光伏电站内所有逆变器、升压变压器和交/直流配电装置进行集中监视和控制。2）间隔层按发电单元和配电间隔配置，实现就地监控功能。3）由于逆变器、汇流箱分散与集中监控室的距离较远，屏蔽线的传输衰减过大，需采用光纖网络进行传输：汇流箱、逆变器经RS485屏蔽双绞线接至逆变器通信柜内规约转换装置，规约转换装置通过网络线连接至屏内交换机，交换机经光缆连接至监控系统本地交换机，接入监控系统。

10kV进线、并网点保护测控经以太网线连接至控制室通信接口柜内交换机，经规约转换装置接入监控系统。

本项目应具备遥测、遥信、遥控、遥调功能，相关远动信息应上传至电网调度机构配网自动化系统（DMS），并接受和执行调度指令。

4 结语

光伏作为新兴的分布式能源，在未来必将有长足的发展，在设计和设备方面必然日新月异。

参考文献：

[1] 颜慧.太阳能光伏发电技术[M].北京：中国水利水电出版社，2014.