光伏太陽能系統(tǒng)在變電站直流系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)用是一項(xiàng)創(chuàng)新性非常強(qiáng)的舉措。本文針對光伏直流系統(tǒng)在變電站中的研究與應(yīng)用，首先對我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)目前面臨的良好機(jī)遇做出了簡要闡釋，然后對變電站光伏直流系統(tǒng)的構(gòu)成要素、對系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮的原則、方法以及計(jì)算組建總功率的方法進(jìn)行了明確的介紹，包括如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shí)作為一種高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，可以有效的促進(jìn)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(jì)、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(xiàng)目和國際合作項(xiàng)目的大力推動(dòng)，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(tái)并得到了有效的實(shí)施，在未來的發(fā)展中，光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)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(gòu)成要素

1.1對系統(tǒng)構(gòu)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(guān)充電裝置也就是充電機(jī)等組合在一起構(gòu)成了變電站光伏直流系統(tǒng)。

太陽能對“光生伏打”效應(yīng)進(jìn)行充分利用，以把光能有效的轉(zhuǎn)變成電能。當(dāng)一定的光照條件被滿足時(shí)，電壓與電流會(huì)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(fù)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(gè)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(fù)載的管理和保護(hù)工作起到一個(gè)控制作用；除此之外，它還可以進(jìn)行本地顯示和遠(yuǎn)程監(jiān)控。

在變電站光伏直流系統(tǒng)中，儲(chǔ)能設(shè)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(jìn)行存儲(chǔ)，以在正常的太陽能組件發(fā)電量小于負(fù)載的實(shí)際需要時(shí)，提供及時(shí)的供電。變電站原本配置的蓄電池組完全可以達(dá)到直流系統(tǒng)的需求要求，因而，進(jìn)行重新配置是沒有必要的。

所謂的高頻開關(guān)充電裝置即變電站光伏直流系統(tǒng)中的充電機(jī)。屬于系統(tǒng)的原配裝置。在對充電機(jī)的啟停進(jìn)行控制時(shí)可以通過加強(qiáng)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(shè)計(jì)系統(tǒng)

若要實(shí)現(xiàn)變電站光伏直流系統(tǒng)的完善設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)以國際和國內(nèi)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)的氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，對直流負(fù)載需要消耗的功率、電壓的等級(jí)以及工作的時(shí)間等信息作出詳細(xì)的了解，最重要的數(shù)據(jù)資料是變電站的建設(shè)地點(diǎn)的氣象情況，諸如日照的強(qiáng)度、環(huán)境的溫度和濕度、風(fēng)速級(jí)別、以及沙塵暴、臺(tái)風(fēng)等惡劣天氣的持續(xù)時(shí)間。在進(jìn)行多種設(shè)計(jì)時(shí)遵循系統(tǒng)的安全級(jí)別要求，設(shè)計(jì)的類型包括關(guān)于光伏組件的容量大小的設(shè)計(jì)、對于蓄電池容量的設(shè)計(jì)、接地防雷系統(tǒng)以及關(guān)于系統(tǒng)安全性的設(shè)計(jì)等各種類型。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循同時(shí)滿足負(fù)載的用電需求以及系統(tǒng)的長期性與可靠性兩個(gè)條件，也就是說，可靠性與經(jīng)濟(jì)性是當(dāng)時(shí)并駕齊驅(qū)、缺一不可的。

1）對光伏組件方陣容量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮的因素。

通常來說，日照強(qiáng)度、光譜和溫度等會(huì)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(qiáng)度。一般來說，氣象部門關(guān)于日照強(qiáng)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(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行使用時(shí)應(yīng)當(dāng)把其進(jìn)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(jìn)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(qiáng)度，為系統(tǒng)的常年正常運(yùn)行打下基礎(chǔ)。伴隨著信息時(shí)代的不斷發(fā)展，目前我們已經(jīng)可以利用相關(guān)軟件計(jì)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(guān)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(shè)備，因而，它發(fā)揮的作用是關(guān)鍵性的。它功能的實(shí)現(xiàn)是通過將太陽能電池組方陣與蓄電池組進(jìn)行連接并加以控制。調(diào)節(jié)并分配系統(tǒng)的輸入輸出功率，從而實(shí)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(gòu)件主要包括單片機(jī)電路、掌控電源的開關(guān)的電路、對時(shí)鐘進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的電路、利用液晶對顯示進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電路、以及對開關(guān)進(jìn)行充電、驅(qū)動(dòng)鍵盤接口等的電路。具體來說，在單片機(jī)電路中，實(shí)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(jìn)行采樣測量工作的實(shí)現(xiàn)主要依靠A/D輸入口；為單片機(jī)及其他電路提供電源的是開關(guān)電源電路；而利用液晶對顯示進(jìn)行驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)與單片機(jī)電路的連接。應(yīng)當(dāng)注意的是，液晶顯示電路的控制器是本身所有的獨(dú)立的，它的工作電源的提供是由電源模塊來負(fù)責(zé)。而通過將SCL、SDA總線與單片機(jī)進(jìn)行串行連接使得讀寫功能發(fā)揮出來，這是由實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路來完成的；對開關(guān)進(jìn)行充電的電路采用場效應(yīng)管方式，通過一組控制線實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)電路的相連接，并將充電控制信號(hào)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(shí)要依托太陽能組件方陣的作用將太陽能轉(zhuǎn)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(shí)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(jī)的輸入端交流接觸器就會(huì)自動(dòng)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(yīng)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(huì)在光伏控制器的控制下自動(dòng)停止，與此同時(shí)，充電機(jī)的輸入端的交流接觸器也會(huì)隨之發(fā)生閉合，這時(shí)候變電站的直流系統(tǒng)供電工作便由充電機(jī)來完成。光伏控制器和充電機(jī)就在這樣的工作原理下進(jìn)行交替的工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。

3結(jié)束語

變電站光伏直流系統(tǒng)充分運(yùn)用了可再生能源實(shí)現(xiàn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了與我國相關(guān)能源與光伏產(chǎn)業(yè)政策的相吻合，深入貫徹落實(shí)了建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的基本國策，可以有效的促進(jìn)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(dú)有的環(huán)保性能、可靠性能等優(yōu)點(diǎn)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(shí)踐過程中，我們還應(yīng)努力將這一技術(shù)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)。