论文部分内容阅读
【摘要】利用太阳能发电，为变电站直流系统提供供电是当前较清洁的一种发电形式。首先介绍了变电站光伏直流系统的构成和原理，然后结合实际对其实际应用进行了分析。
【关键词】太阳能发电；变电站直流系统；控制器
0 引言
在社会经济高速发展的同时，也出现了一系列问题，环境污染、能源紧张最为突出，又牵制了经济的发展。开发新能源是当前社会各国重点考虑的问题，作为其中一种较为清洁的可再生资源，太阳能因其普遍、环保、长久、巨大等优势备受青睐。随着人们生活生产用电需求量的骤增，电力系统供电日益紧张，环境问题愈发严重，为此有必要引进太阳能，实现太阳能光伏发电。近些年来，世界各国均加大了在此方面的投入和研究力度，我国也应跟紧时代，尽早实现全国范围内的太阳能供电。
1 变电站光伏直流系统
1.1 系统构成
变电站光伏直流系统，即变电站直流系统和太阳能光伏发电系统的结合，主要是利用太阳能实现发电供电。具体来说，即以变电站原来的直流系统为基础，增设太阳能电池组件、控制器、充电机、蓄电池组等装置。
① 电池板
太阳能光伏发电是指对光能加以利用，并将其转化为电能。利用多块太阳能电池组合成太阳能板，再通过串联或并联的方式，将多块太阳能板组合成光伏组件阵列，实现最终的发电。电池板是系统的核心，担负着光能转换为电能的重任，除了给系统供电，还负责给蓄电池充电。
② 光伏控制器
控制器十分关键，负责整个系统运行状态的控制调整，如对蓄电池具有过充电的保护作用，包括电压电流荷载过大时，对其予以一定的调整，以维护系统正常供电。另外，控制器还有远程监控的功能。
③ 蓄电池
蓄电池即系统的储能设备，因为太阳能发电过程中，除了满足正常供电，还会产生多余的电能，常输送至蓄电池加以储存。若发电量达不到实际需求时，蓄电池可及时供电。考虑到变电站本就配置有蓄电池，且能够满足需求，无需重新配置蓄电池。
④ 充电装置
多指充电机，是系统的原配装置。充电机和控制器互为备用，负责直流系统的供电。在对充电机的启停进行控制时，可通过加强对系统交流输入端与接触器的闭合与断开的控制来实现。
1.2 系统原理
变电站光伏直流系统在运行时，先由太阳能组件方阵将太阳辐射时的光能转换为电能，光伏控制器对电压加以控制，保证稳压输出，和直流系统的合闸母线相连。若输出电压与直流系统的电压要求相符，则组件方阵直接对系统进行供电，多余的电能则输送至蓄电池储存，此时充电机输入端交流接触器在控制器的控制下处于断开状态，不发生作用。若输出电压与直流系统的电压要求不相符时，控制器则自动停止电压输出，同时令充电机输入端与系统母线相连，改由充电机向系统供电。控制器和充电机互为备用，当一方停止工作时，由另一方继续工作，以保证系统不间断发电。此外，充电机输出回路上通常需要加接防反冲二极管，但控制器内部已有，所以无需外加。当变电站的电压超过220KV时，常会采用“两电两充”、“两电三充”的配置方式，依靠防反冲电二极管，控制器的直流输出可接入两组蓄电池组。若是110KV的变电站，应对输出电压以及控制器参数加以调整。
1.3 系统设计
变电站光伏直流系统设计较为复杂，为实现正常供电，应考虑多项因素，包括气象条件、日照强度、风速、温湿度、电压等级、功率消耗、工作时间等，还需考虑台风等恶劣天气。有一方数据失真或准确度不够，极易影响到发电效果。因此，在设计时必须严格按照相关标准进行，遵循系统的安全级别要求。关于设计内容，包括蓄电池容量、光伏组件容量、系统安全、接地防雷的设计等，均要将质量、安全和经济性当做重点考虑。
① 在设计光伏组件的容量时，日照强度、环境温度、光谱等都有影响，日照强度影响最大。在获取日照强度数据时，气象部门多是在水平面测量。而实际上，太阳能板与地面存在一定的夹角，以最大地吸收光热。这就要求在分析数据时需进行换算；② 光伏组件倾角的设计极为重要，直接影响着到太阳光的吸收程度。实际设计之前，通常会试验多种情况，记录好每一次结果，经过对比后，确定最佳倾角，保证系统每月接收的日照强度相似，进而实现系统常年的正常工作。在当前你信息化时代，科技越来越发达，在获取最佳倾角时，已无需一一对比试验，借助专业计算软件，根据相关数据可直接求出最佳倾角。
2 实例分析光伏太阳能系统在变电站直流系统中的应用分析
2.1 实例分析
某110KV变电站负责所在市市区的供电，占地面积8500m2，为无人值班变电站，采用“一电一充”的模式。正常情况下，其直流负载为0.8KW，配置有蓄电池和充电机，前者的容量为180AH，后者的额定电压为220V，额定电流为40A。该变电站直流系统设计为独立的太阳能发电系统，白天接收日照，太阳能光伏系统将光能转换为电能，直接向直流系统供电，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。
2.2 系统配置
① 太阳能电池组件
该变电站的蓄电池容量为180AH，正常充电限流按18A计算，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5KW。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5.5kW，既满足了蓄电池均充的需要，又保证了对负荷的供电。此处采用GYS—165单片太阳能电池，重15Kg，功率为165W，最佳工作电压为35.5±0.5V，最佳工作电流为4.5±0.5A。
② 光伏控制器
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 控制器的性能特点
电池组件输入设计为3路，配置有3+1路防雷器。直流输出负载和蓄电池输入均为1路。采用微电脑芯片加以控制，中文LCD液晶显示，能够随意设定修改充放电的各个参数点，在各种场合都比较适用，还能有效避免各路充电开关同时开启、闭合引起的振荡。各路充电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态。
2.3 效益
该变电站自建立投入使用后，一直以来，运行都比较稳定，且维护十分方便。据内部人士透露，采用光伏直流系统，变电站每年可节省电量近5万kWh，经济效益3万元，且周围环境的污染程度大幅降低。
3 结束语
如今，人们的用电量不断上涨，且对电能质量提出了更高的要求，给供电企业造成了巨大压力。为缓解用电紧张，利用可再生能源发电的研究越来越多，太阳能发电则是当前最为清洁的一种能源，在节约资源、环境保护方面做出了巨大贡献，值得推广应用。
参考文献
[1] 张冬旺.光伏太阳能系统在变电站直流系统中的应用[J].硅谷，2013，22（4）：167-168
[2] 林航，陈晓明.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].安徽力学，2008，20（4）：140-141
[3] 刘利成.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[J].电网与水力发电进展，2008，21（4）：130-132
[4] 陈晓明，张俊生，葛晖等.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].水电自动化与大坝监测，2009，28（1）：109-110
[5] 康晓月.变电站的光伏系统研究[J].中国科技信息，201
【关键词】太阳能发电；变电站直流系统；控制器
0 引言
在社会经济高速发展的同时，也出现了一系列问题，环境污染、能源紧张最为突出，又牵制了经济的发展。开发新能源是当前社会各国重点考虑的问题，作为其中一种较为清洁的可再生资源，太阳能因其普遍、环保、长久、巨大等优势备受青睐。随着人们生活生产用电需求量的骤增，电力系统供电日益紧张，环境问题愈发严重，为此有必要引进太阳能，实现太阳能光伏发电。近些年来，世界各国均加大了在此方面的投入和研究力度，我国也应跟紧时代，尽早实现全国范围内的太阳能供电。
1 变电站光伏直流系统
1.1 系统构成
变电站光伏直流系统，即变电站直流系统和太阳能光伏发电系统的结合，主要是利用太阳能实现发电供电。具体来说，即以变电站原来的直流系统为基础，增设太阳能电池组件、控制器、充电机、蓄电池组等装置。
① 电池板
太阳能光伏发电是指对光能加以利用，并将其转化为电能。利用多块太阳能电池组合成太阳能板，再通过串联或并联的方式，将多块太阳能板组合成光伏组件阵列，实现最终的发电。电池板是系统的核心，担负着光能转换为电能的重任，除了给系统供电，还负责给蓄电池充电。
② 光伏控制器
控制器十分关键，负责整个系统运行状态的控制调整，如对蓄电池具有过充电的保护作用，包括电压电流荷载过大时，对其予以一定的调整，以维护系统正常供电。另外，控制器还有远程监控的功能。
③ 蓄电池
蓄电池即系统的储能设备，因为太阳能发电过程中，除了满足正常供电，还会产生多余的电能，常输送至蓄电池加以储存。若发电量达不到实际需求时，蓄电池可及时供电。考虑到变电站本就配置有蓄电池，且能够满足需求，无需重新配置蓄电池。
④ 充电装置
多指充电机，是系统的原配装置。充电机和控制器互为备用，负责直流系统的供电。在对充电机的启停进行控制时，可通过加强对系统交流输入端与接触器的闭合与断开的控制来实现。
1.2 系统原理
变电站光伏直流系统在运行时，先由太阳能组件方阵将太阳辐射时的光能转换为电能，光伏控制器对电压加以控制，保证稳压输出，和直流系统的合闸母线相连。若输出电压与直流系统的电压要求相符，则组件方阵直接对系统进行供电，多余的电能则输送至蓄电池储存，此时充电机输入端交流接触器在控制器的控制下处于断开状态，不发生作用。若输出电压与直流系统的电压要求不相符时，控制器则自动停止电压输出，同时令充电机输入端与系统母线相连，改由充电机向系统供电。控制器和充电机互为备用，当一方停止工作时，由另一方继续工作，以保证系统不间断发电。此外，充电机输出回路上通常需要加接防反冲二极管，但控制器内部已有，所以无需外加。当变电站的电压超过220KV时，常会采用“两电两充”、“两电三充”的配置方式，依靠防反冲电二极管，控制器的直流输出可接入两组蓄电池组。若是110KV的变电站，应对输出电压以及控制器参数加以调整。
1.3 系统设计
变电站光伏直流系统设计较为复杂，为实现正常供电，应考虑多项因素，包括气象条件、日照强度、风速、温湿度、电压等级、功率消耗、工作时间等，还需考虑台风等恶劣天气。有一方数据失真或准确度不够，极易影响到发电效果。因此，在设计时必须严格按照相关标准进行，遵循系统的安全级别要求。关于设计内容，包括蓄电池容量、光伏组件容量、系统安全、接地防雷的设计等，均要将质量、安全和经济性当做重点考虑。
① 在设计光伏组件的容量时，日照强度、环境温度、光谱等都有影响，日照强度影响最大。在获取日照强度数据时，气象部门多是在水平面测量。而实际上，太阳能板与地面存在一定的夹角，以最大地吸收光热。这就要求在分析数据时需进行换算；② 光伏组件倾角的设计极为重要，直接影响着到太阳光的吸收程度。实际设计之前，通常会试验多种情况，记录好每一次结果，经过对比后，确定最佳倾角，保证系统每月接收的日照强度相似，进而实现系统常年的正常工作。在当前你信息化时代，科技越来越发达，在获取最佳倾角时，已无需一一对比试验，借助专业计算软件，根据相关数据可直接求出最佳倾角。
2 实例分析光伏太阳能系统在变电站直流系统中的应用分析
2.1 实例分析
某110KV变电站负责所在市市区的供电，占地面积8500m2，为无人值班变电站，采用“一电一充”的模式。正常情况下，其直流负载为0.8KW，配置有蓄电池和充电机，前者的容量为180AH，后者的额定电压为220V，额定电流为40A。该变电站直流系统设计为独立的太阳能发电系统，白天接收日照，太阳能光伏系统将光能转换为电能，直接向直流系统供电，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。
2.2 系统配置
① 太阳能电池组件
该变电站的蓄电池容量为180AH，正常充电限流按18A计算，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5KW。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5.5kW，既满足了蓄电池均充的需要，又保证了对负荷的供电。此处采用GYS—165单片太阳能电池，重15Kg，功率为165W，最佳工作电压为35.5±0.5V，最佳工作电流为4.5±0.5A。
② 光伏控制器
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 控制器的性能特点
电池组件输入设计为3路，配置有3+1路防雷器。直流输出负载和蓄电池输入均为1路。采用微电脑芯片加以控制，中文LCD液晶显示，能够随意设定修改充放电的各个参数点，在各种场合都比较适用，还能有效避免各路充电开关同时开启、闭合引起的振荡。各路充电压检测具有“回差”控制功能，可防止开关进入振荡状态。
2.3 效益
该变电站自建立投入使用后，一直以来，运行都比较稳定，且维护十分方便。据内部人士透露，采用光伏直流系统，变电站每年可节省电量近5万kWh，经济效益3万元，且周围环境的污染程度大幅降低。
3 结束语
如今，人们的用电量不断上涨，且对电能质量提出了更高的要求，给供电企业造成了巨大压力。为缓解用电紧张，利用可再生能源发电的研究越来越多，太阳能发电则是当前最为清洁的一种能源，在节约资源、环境保护方面做出了巨大贡献，值得推广应用。
参考文献
[1] 张冬旺.光伏太阳能系统在变电站直流系统中的应用[J].硅谷，2013，22（4）：167-168
[2] 林航，陈晓明.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].安徽力学，2008，20（4）：140-141
[3] 刘利成.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[J].电网与水力发电进展，2008，21（4）：130-132
[4] 陈晓明，张俊生，葛晖等.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].水电自动化与大坝监测，2009，28（1）：109-110
[5] 康晓月.变电站的光伏系统研究[J].中国科技信息，201