（深圳供电局有限公司 广东深圳 518000）
摘要 随着国民经济的发展，国家资源越来越少，国家大力提倡绿色环保。如何利用变电站有利条件，合理利用太阳能代替部分常规电能，为变电站提供空调、照明、通风、动力等一系列功能，以满足变电站生产和生活需要，是必须考虑的一个现实问题。本文阐述光伏并网系统的基本原理，并结合旧基站的实际情况，分析光伏并网系统的构成，并对比光伏并网接入站用电系统的电能损耗的不同，全周期分析其作用。根据现有设备的运行特点，并提出改进意见。
关键词：工作原理 主要构成 变电站 应用 环保
前言
绿色环保旧基变电站在光伏并网系统在2013年正式投入运行，对节约能源、节省电能，对提高站用电系统的稳定性和可靠性起着非常重要的作用。通过运行5个月情况对比，取得明显的经济效益。这套装置是我局大力提倡的项目，本人参与了项目的建设，为了更好的发挥光伏并网系统的作用，对运行以来的数据进行了总结。
一、光伏发电并网系统的工作原理
1、光伏发电系统的简介
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。太阳能照射接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。由于有电势差，就形成电流。
并网光伏发电就是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。
2、光伏并网系统设备一次接线图
二、旧基站光伏发电系统的主要组成
旧基站光伏发电并网系统接在站用电380V1M上，此光伏发电并网系统主要设备概况发下：
1、太阳能电池方阵
在有光照（无论是太阳光，还是其它发光体产生的光照）情况下，电池吸收光能，电池两端出现异号电荷的积累，即产生“光生电压”，这就是“光生伏特效应”。在光生伏特效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能，是能量转换的器件。太阳能电池为多晶硅太阳能电池。
主要影响因素。光伏阵列方位角和倾斜角。屋顶的倾斜角和太阳能电池阵列的安装方位是太阳能电池组件吸收。
1）方位角
太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角。一般情况下，方阵朝向正南时，太阳电池发电量是最大的。本系统的太阳能阵列处于北半球，按正南方向设置。
2）倾斜角
为了合理接受辐射光能，太阳能光伏发电板在安装时需要考虑一定的倾斜角。深圳地区纬度约为 22°，因此110kV旧基变电站太阳能发电板倾斜角按照按20°安装。
2、逆变器
逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池是直流电源，而负载是交流负载时，逆变器是必不可少的。逆变器按运行方式，可分为独立运行逆变器和并网逆变器。本站使用并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统。逆变器按输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器。本站使用正弦波逆变器成本高，但可以适用于各种负载。
主要功能
1）最大功率点跟踪；输出最大电量。
2）电网监测；
光伏并网系统主要通过追踪电网的电压、频率、相序等参数在稳定一定时间间隔之后才会并入电网。
3）防孤岛效应。
孤岛效应主要是在某一区域电网出现故障或进行检修停电的过程中，发电系统仍然对该区域进行持续的供电所产生的现实即称为孤岛效应，对电网检修人员造成一定的危险。光伏发电系统为避免这一现象的产生在系统接入部分特设定的防孤岛保护功能。即在电网出现故障的情况下，在200ms内即作出判断，停止向电网供电。
3、交流空气开关（用于接入站用电380V1M），负荷不能超过额定电流的150%。
4、防雷
光伏组件采用支架、边框直接接地的方式进行防雷保护，利用原有建筑物的防雷引下线引下，不设置独立防直击雷保护装置。
逆变器自身在直流侧配有相同容量防雷装置，防止感应雷和操作过电压。在交流配电装置母线上安装一组避雷器以保护电气设备。在各配电房进线柜内安装一组避雷器以保护电气设备。
5、监控系统，监视发电功率、发电量、环境数据、异常情况等，发出灯光及声音信号，提醒值班员注意并及时处理。
三、光伏并网系统的主要功能
1）最大功率点跟踪；输出最大电量。
2）电网监测；
光伏并网系统主要通过追踪电网的电压、频率、相序等参数在稳定一定时间间隔之后才会并入电网。
3）防孤岛效应。
孤岛效应主要是在某一区域电网出现故障或进行检修停电的过程中，发电系统仍然对该区域进行持续的供电所产生的现实即称为孤岛效应，对电网检修人员造成一定的危险。光伏发电系统为避免这一现象的产生在系统接入部分特设定的防孤岛保护功能。即在电网出现故障的情况下，在200ms内即作出判断，停止向电网供电。
四、光伏发电并网系统运行特点
1、本站站用电由两个电源供电，380V1M是光伏发电系统和降压变并供，其二是380V2M降压变供电。380V1M没有太阳能的时段，站用电负荷完全由降压变供电；有太阳能的时段，站用电由降压变和光伏发电系统共同供电。因此，光伏发电系统的作用是作为站用降压变的补充电源，减少降压变的供电负荷。
2、光伏发电并网系统投运以来运行情况。
1）投运以来与去年同期电能数据比较图
电能采集如下表
3、全寿命周期经济性论证（光伏发电与火力发电）
1）采用费用现值比较法来进行经济性评价。该方法是将各方案基本寿命期的全部支出费用折算至计算期的第一年，支出的现值最少的方案是经济性可取的方案。
比较的对象如下：
（1） 常规的站用电供电方案：即不建设并网型光伏发电系统，站用电量完全由燃煤电厂提供，并由主变降压供电。
（2）采用光伏发电的站用电供电方案：建设并网型光伏发电系统，作为站用负荷的补充电源。
2）全寿命周期社会成本比较结果
（1）运行维护成本根据有关资料，由于在变电站内，可以由运行人员维护，其人工费用可以大为降低，因此年运行维护费用暂按其初始投资成本的0.5％考虑；
（2）残值收入。在太阳能光伏发电设备寿命期满后，项目主设备的大部分材料如钢材、玻璃、晶体硅等都可以进行回收再利用，残值回收可达50%。
（3）购电费用。由于部分站用电改由光伏发电系统供电，可以减少电网向发电企业的购电量；通过图一可知。
（4）商业煤转为电煤后煤企减少的收入。每节约1 kWh 电，就相应节约了0.4 kg 标准煤（1 kg 原煤＝0.714 3 kg 标准煤）。由于站用电由光伏发电系统供电，可以减少燃煤电厂相应规模的出力，减少了煤的开采量，节约资源。
（5）减少噪声污染，CO2、SO2的排放，另外不需要占用工作场地，合理使用变电站屋顶，减少购地成本和排放成本。
3）估算结果及敏感性分析
当前采用的晶体硅片光伏电池工作寿命在25 年以上（25 年以后发电能力衰减到设计水平的80％），因此寿命期按25 年考虑。光伏发电的站用电供电方案的全寿命周期社会成本低于常规的站用电供电方案的全寿命周期社会成本，经济性更优。仅从电网企业的角度来看，节约的购电收入不足以补偿项目的建设投入。
4、综合上述可得光伏发电并网系统的优点
1）节约电能效果明显；
2）投资小，维护量小，可以使用25年；
3）无污染，低碳环保，实现经济效益和社会效益的双赢；
4）不需要占地面积（屋顶）；
5）与天然气、石油和煤等其他传统能源不同，太阳能具有干净、安静、可再生、可持续的特点。
五、运行注意事项
1、旧基站地处工厂区，灰尘比较大的地区，需要定期清理；
2、光伏插直流输出可以达到1kV左右，维护时小心触电；
3、光伏电站与变电站的结合主要矛盾出现在母联切换的时间上。当380V1M母线异常时，200ms内自动断开与一段母线的连接，待母联合上后，自动寻找并网点，然后并入电网。
六\结论
城市电网负荷日益增加，节能将是建设新型节能型变电站的突破口。变电站屋顶太阳能光伏系统采用的是太阳能，具有不需占用昂贵的土地、不需要燃料、维护成本低、在用电地点发电避免或减少了输配电线路电能损失等多种优点。该项目是结合变电站建设开发对太阳能资源加以利用的一种有益尝试，对减少城市污染，抑制二氧化碳等温室气体排放将起到积极的作用。目前屋顶太阳能光伏发电系统的造价比较高，相比其它发电形式来说，其经济效益并不明显，但随着光伏发电的产业化及常规能源的稀有化，其投资造价必然会逐步降低、经济效益也会越发明显。该系统在绿色变电站中的尝试，为今后太阳能的进一步推广作了典范。
参考文献
[1]孔娟 太阳能光伏发电系统的研究[D].青岛大学，2006.
[2]武洪明 水泥单位产品能耗电力折算标准煤取值探讨[J].中国水泥，2008(4).
[3]光伏并网系统说明书.
论文作者:马小军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：光伏论文; 系统论文; 电网论文; 逆变器论文; 太阳能论文; 变电站论文; 太阳能电池论文; 《电力设备》2017年第25期论文;