光伏太陽能系統(tǒng)在變電站直流系統(tǒng)中的應用

摘要:在電力企業(yè)的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)中，太陽能光伏發(fā)電在變電站直流系統(tǒng)中的應用是一項創(chuàng)新性非常強的舉措。本文針對光伏直流系統(tǒng)在變電站中的研究與應用，首先對我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)目前面臨的良好機遇做出了簡要闡釋，然后對變電站光伏直流系統(tǒng)的構成要素、對系統(tǒng)設計應當考慮的原則、方法以及計算組建總功率的方法進行了明確的介紹，包括如何實現(xiàn)自動切換電源等問題的說明。 　　對于可再生能源的發(fā)掘與發(fā)展如今已經(jīng)變成了全球性的研究命題，通過我們對各種可再生能源的比較分析可以發(fā)現(xiàn)，對太陽能的開發(fā)利用具有巨大的潛力和光明的前景。從世界范圍來看，太陽能光伏發(fā)電具有最大的能源節(jié)約功效，同時作為一種高新技術產(chǎn)業(yè)，可以有效的促進綠色電力的迅速發(fā)展。為了解決各國普遍存在的能源和經(jīng)濟、環(huán)境之間的矛盾，對光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展可謂是最佳途徑之一。由于我國的國家大型工程項目和國際合作項目的大力推動，使得光伏產(chǎn)業(yè)在我國獲得了良好的發(fā)展環(huán)境。如今，節(jié)能減排政策和光伏產(chǎn)業(yè)政策在我國陸續(xù)出臺并得到了有效的實施，在未來的發(fā)展中，光伏產(chǎn)業(yè)的應用與推廣范圍必將更將廣泛。 　　1簡述變電站光伏直流系統(tǒng)的構成要素 　　1.1對系統(tǒng)構成的概述 　　太陽能的光伏陣列即電池組件、光伏的控制器、蓄電池組以及高頻的開關充電裝置也就是充電機等組合在一起構成了變電站光伏直流系統(tǒng)。 　　太陽能對“光生伏打”效應進行充分利用，以把光能有效的轉變成電能。當一定的光照條件被滿足時，電壓與電流會隨之產(chǎn)生。太陽能板由許多塊的太陽能電池塊組合而成，通過串并聯(lián)多塊太陽能板，使得負載要求的電壓與電流得到充分的滿足，這邊是所謂的光伏組件陣列。 　　整個變電站光伏直流系統(tǒng)的核心便是光伏控制器，它對太陽能板的發(fā)電、蓄電池的充電與放電以及對于負載的管理和保護工作起到一個控制作用；除此之外，它還可以進行本地顯示和遠程監(jiān)控。 　　在變電站光伏直流系統(tǒng)中，儲能設備是蓄電池。它對太陽能組件工作過程中產(chǎn)生的多余電能進行存儲，以在正常的太陽能組件發(fā)電量小于負載的實際需要時，提供及時的供電。變電站原本配置的蓄電池組完全可以達到直流系統(tǒng)的需求要求，因而，進行重新配置是沒有必要的。 　　所謂的高頻開關充電裝置即變電站光伏直流系統(tǒng)中的充電機。屬于系統(tǒng)的原配裝置。在對充電機的啟停進行控制時可以通過加強對系統(tǒng)交流輸入端與接觸器的閉合與斷開的控制工作。 　　1.2設計系統(tǒng) 　　若要實現(xiàn)變電站光伏直流系統(tǒng)的完善設計，應當以國際和國內(nèi)的相關標準以及有關的氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，對直流負載需要消耗的功率、電壓的等級以及工作的時間等信息作出詳細的了解，最重要的數(shù)據(jù)資料是變電站的建設地點的氣象情況，諸如日照的強度、環(huán)境的溫度和濕度、風速級別、以及沙塵暴、臺風等惡劣天氣的持續(xù)時間。在進行多種設計時遵循系統(tǒng)的安全級別要求，設計的類型包括關于光伏組件的容量大小的設計、對于蓄電池容量的設計、接地防雷系統(tǒng)以及關于系統(tǒng)安全性的設計等各種類型。在進行系統(tǒng)設計時應當遵循同時滿足負載的用電需求以及系統(tǒng)的長期性與可靠性兩個條件，也就是說，可靠性與經(jīng)濟性是當時并駕齊驅、缺一不可的。 　　1）對光伏組件方陣容量設計時應當考慮的因素。 　　通常來說，日照強度、光譜和溫度等會對光伏組件的方陣容量產(chǎn)生影響，影響效果最顯著最直接的是日照強度。一般來說，氣象部門關于日照強度的數(shù)據(jù)是通過水平面上的測量得到的，而通常來說，太陽能板的放置具有一定的傾角，因而，在對相關數(shù)據(jù)進行使用時應當把其進行換算。 　　2）如何選擇光伏組件的方陣傾角。 　　將光伏組件方陣放在不同的傾角下，對不同情況下的發(fā)電量進行比較，由此才能確定最佳傾角，使得變電站光伏直流系統(tǒng)在夠在各月接收到基本等量的日照強度，為系統(tǒng)的常年正常運行打下基礎。伴隨著信息時代的不斷發(fā)展，目前我們已經(jīng)可以利用相關軟件計算光伏組件方陣的最佳傾角。通常情況下，在我國境內(nèi)，多數(shù)地區(qū)的最佳傾角都要比本地區(qū)的維度更大。 　　2探究光伏直流系統(tǒng)的工作原理 　　2.1關于光伏控制器的研究 　　在系統(tǒng)的研制過程中，光伏控制器是核心設備，因而，它發(fā)揮的作用是關鍵性的。它功能的實現(xiàn)是通過將太陽能電池組方陣與蓄電池組進行連接并加以控制。調節(jié)并分配系統(tǒng)的輸入輸出功率，從而實現(xiàn)對變電站內(nèi)光伏直流系統(tǒng)的控制。 　　光伏控制器的組成構件主要包括單片機電路、掌控電源的開關的電路、對時鐘進行實時控制的電路、利用液晶對顯示進行驅動的電路、以及對開關進行充電、驅動鍵盤接口等的電路。具體來說，在單片機電路中，實現(xiàn)輸入輸出口與其他不同功能的電路的連接，對蓄電池和光伏電路進行采樣測量工作的實現(xiàn)主要依靠A/D輸入口；為單片機及其他電路提供電源的是開關電源電路；而利用液晶對顯示進行驅動的電路的主要功能是以半字節(jié)的數(shù)據(jù)和控制的縱線為橋梁實現(xiàn)與單片機電路的連接。應當注意的是，液晶顯示電路的控制器是本身所有的獨立的，它的工作電源的提供是由電源模塊來負責。而通過將SCL、SDA總線與單片機進行串行連接使得讀寫功能發(fā)揮出來，這是由實時時鐘電路來完成的；對開關進行充電的電路采用場效應管方式，通過一組控制線實現(xiàn)與單片機電路的相連接，并將充電控制信號輸出。 　　2.2闡述系統(tǒng)工作的原理 　　變電站光伏直流系統(tǒng)在工作時要依托太陽能組件方陣的作用將太陽能轉換成有效的電能，在光伏控制器的作用下穩(wěn)壓輸出，與直流系統(tǒng)合母實現(xiàn)對接。如果由太陽能組件輸出的電壓符合直流系統(tǒng)的電壓要求，在光伏控制器的控制下充電機的輸入端交流接觸器就會自動斷開，對變電站直流系統(tǒng)供電的工作便由光伏電源來完成。相應的，如果輸出的電壓不能滿足直流系統(tǒng)對電壓作出的要求，輸出工作就會在光伏控制器的控制下自動停止，與此同時，充電機的輸入端的交流接觸器也會隨之發(fā)生閉合，這時候變電站的直流系統(tǒng)供電工作便由充電機來完成。光伏控制器和充電機就在這樣的工作原理下進行交替的工作，實現(xiàn)自動切換。 　　3結束語 　　變電站光伏直流系統(tǒng)充分運用了可再生能源實現(xiàn)發(fā)電，實現(xiàn)了與我國相關能源與光伏產(chǎn)業(yè)政策的相吻合，深入貫徹落實了建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的基本國策，可以有效的促進電網(wǎng)企業(yè)與節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的不斷高效發(fā)展。該系統(tǒng)以其獨有的環(huán)保性能、可靠性能等優(yōu)點獲得了不斷的推廣，使人們看到了這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的廣闊前景。在實踐過程中，我們還應努力將這一技術推廣到站用電系統(tǒng)，使得變電站光伏并網(wǎng)得到不斷的開發(fā)。