摘要：将太阳能光伏发电应用到变电站直流系统是电力企业节能环保的创新举措，能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础。目前,我国能源供应主要依赖煤炭、石油、天然气等化石能源,但化石能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题严重制约着经济和社会的可持续发展。
关键词：光伏太阳能；变电站；直流系统
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。进人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的单位造价的降低,变电站使用太阳能供电成为可能。
1变电站光伏直流系统的应用
变电站光伏直流系统为独立太阳能发电系统。在白天有日照的情况下由太阳能光伏系统源源不断的产生电能向变电站内直流系统供电,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系统的构成与设计
2.1系统构成
该系统主要由太阳能电池组件(光伏阵列)、光伏控制器、蓄电池组和高频开关充电装置(充电机)等组成。
太阳能电池是利用“光生伏打”效应将光能转换成电能的设备,在光照条件下,可以产生一定的电压和电流。多块太阳能电池片组成太阳能板,通过对多块太阳能板进行串并联,即可得到满足负载要求的电压、电流。这就是光伏组件阵列。
光伏控制器是整个系统的控制核心,用来控制太阳能板的发电、蓄电池的充放电、负载的管理和保护。此外,还具备本地显示和远传监控的功能。
蓄电池是系统的储能设备,用于存储太阳能组件所产生的多余电能,并能在太阳能组件发电量无法满足负载需要时,向负载供电。变电站原有配置的蓄电池组已能满足变电站直流系统的需求,因此无需再进行重新配置。
高频开关充电装置是变电站直流系统原有的配置,通过控制其交流输入端交流接触器的闭合与断开,进而控制充电机的启停
2.2系统的设计
若要实现变电站光伏直流系统的完善设计，应当以国际和国内的相关标准以及有关的气象数据为依据，对直流负载需要消耗的功率、电压的等级以及工作的时间等信息进行了详细的了解，最重要的数据资料是变电站的建设地点的气象情况，诸如日照的强度、环境的温度和湿度、风速级别、以及沙尘暴、台风等恶劣天气的持续时间。在进行多种设计时遵循系统的安全级别要求，设计的类型包括关于光伏组件的容量大小的设计、对于蓄电池容量的设计、接地防雷系统以及关于系统安全性的设计等各种类型。在进行系统设计时应当遵循同时满足负载的用电需求以及系统的长期性与可靠性两个条件，也就是说，可靠性与经济性是当时并驾齐驱、缺一不可的。
（1）对光伏组件方阵容量设计时应当考虑的因素
通常来说，日照强度、光谱和温度等会对光伏组件的方阵容量产生影响，影响效果最显著最直接的是日照强度。一般来说，气象部门关于日照强度的数据是通过水平面上的测量得到的，而通常来说，太阳能板的放置具有一定的倾角，因而，在对相关数据进行使用时应当把其进行换算。
（2）如何选择光伏组件的方阵倾角
将光伏组件方阵放在不同的倾角下，对不同情况下的发电量进行比较，由此才能确定最佳倾角，使得变电站光伏直流系统在够在各月接收到基本等量的日照强度，为系统的常年正常运行打下基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆伴随着信息时代的不断发展，目前我们已经可以利用相关软件计算光伏组件方阵的最佳倾角。通常情况下，在我国境内，多数地区的最佳倾角都要比本地区的维度更大。
3探究光伏直流系统的工作原理
3.1关于光伏控制器的研究
在系统的研制过程中，光伏控制器是核心设备，因而，它发挥的作用是关键性的。它功能的实现是通过将太阳能电池组方阵与蓄电池组进行连接并加以控制。调节并分配系统的输入输出功率，从而实现对变电站内光伏直流系统的控制。
光伏控制器的组成构件主要包括单片机电路、掌控电源的开关的电路、对时钟进行实时控制的电路、利用液晶对显示进行驱动的电路、以及对开关进行充电、驱动键盘接口等的电路。具体来说，在单片机电路中，实现输入输出口与其他不同功能的电路的连接，对蓄电池和光伏电路进行采样测量工作的实现主要依靠A/D输入口；为单片机及其他电路提供电源的是开关电源电路；而利用液晶对显示进行驱动的电路的主要功能是以半字节的数据和控制的纵线为桥梁实现与单片机电路的连接。应当注意的是，液晶显示电路的控制器是本身所有的独立的，它的工作电源的提供是由电源模块来负责。而通过将SCL、SDA总线与单片机进行串行连接使得读写功能发挥出来，这是由实时时钟电路来完成的；对开关进行充电的电路采用场效应管方式，通过一组控制线实现与单片机电路的相连接，并将充电控制信号输出。
3.2阐述系统工作的原理
变电站光伏直流系统在工作时要依托太阳能组件方阵的作用将太阳能转换成有效的电能，在光伏控制器的作用下稳压输出，与直流系统合母实现对接。如果由太阳能组件输出的电压符合直流系统的电压要求，在光伏控制器的控制下充电机的输入端交流接触器就会自动断开，对变电站直流系统供电的工作便由光伏电源来完成。相应的，如果输出的电压不能满足直流系统对电压作出的要求，输出工作就会在光伏控制器的控制下自动停止，与此同时，充电机的输入端的交流接触器也会随之发生闭合，这时候变电站的直流系统供电工作便由充电机来完成。光伏控制器和充电机就在这样的工作原理下进行交替的工作，实现自动切换。
4系统运行效果
变电站直流系统为单母线接线。原直流系统配置有一套蓄电池(容量为200A•h)和一套高频开关电源(即充电机)。
在白天有太阳光照的情况下,以光伏直流电为主用直流电源,输出接直流系统合母,给直流负载供电和给蓄电池组浮充电。太阳光照减弱时,光伏直流电压下降,蓄电池组电压也随之下降。光伏控制器实时检测蓄电池组电压,当检测到蓄电池组电压降到242V以下时,光伏控制器自动控制充电机开机,由充电机给直流系统供电。太阳光照逐渐增强时,光伏直流电压上升。当光伏控制器检测到蓄电池组电压上升到248V以上时,光伏控制器自动控制充电机关机,由光伏直流电源给直流系统供电。光伏控制器和原有的充电机自动切换,交替工作,向变电站直流系统供电,提高了变电站直流系统的可靠性。光伏发电无噪声、不消耗燃料,也不产生有害物质,对环境没有任何污染,是节能环保的“绿色发电”。系统投入运行以来,情况良好,运行安全稳定。
结束语
综上所述，变电站光伏直流系统充分运用了可再生能源实现发电，实现了与我国相关能源与光伏产业政策的相结合，深入贯彻落实了建设资源节约型和环境友好型社会的基本国策，可以有效的促进电网企业与节能环保产业的不断高效发展。具有独自的环保性能、可靠性能等优点获得了不断的推广，使人们看到了这一产业发展的广阔前景。在实践过程中，我们还应努力将这一技术推广到站用电系统，使得变电站光伏并网得到不断的开发与应用。
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论文作者:杨双双
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：光伏论文; 系统论文; 变电站论文; 太阳能论文; 控制器论文; 蓄电池论文; 电路论文; 《基层建设》2019年第2期论文;