封周变电站屋顶太阳能光伏发电系统研究

封周变电站屋顶太阳能光伏发电系统研究

第37卷 第8期2009年8

月Vo.l37 No.8Aug. 2009

节能型输电线/变电站研究与应用专栏节能型变电站

封周变电站屋顶太阳能光伏发电系统研究

曹 祥,张 斌

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2

(1.上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海 200240;2.上海市电力公司市南供电公司,上海 200233)摘 要:介绍了上海地区太阳能资源状况,对上海110kV封周变电站屋顶太阳光伏系统的结构和性能进行总结研究,介绍了不可调度式并网光伏发电系统的运行状况,分析了该屋顶太阳能光伏系统的效益,从太阳能系统发电量和节能减排效益的角度认为该变电站屋顶太阳能光伏发电系统不仅解决了部分自用电,对城市电力也是一个补充,降低了能耗污染。

关键词:110kV变电站;屋顶太阳能光伏系统;光伏并网发电系统基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2009CB219703)作者简介:曹 祥(19842),男,硕士研究生,研究方向为电力质量。

中图分类号:TM621.3 文献标志码:A 文章编号:100129529(2009)0821315203

ResearchonthesolarenergyPVgenerationsysteminstalledontheroofoftheFengzhousubstation

CAOXiang1,ZHANGBin2

(1.SchoolofElectronicsInformationandElectricalEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240;

2.ShanghaiMunicipalElectricPowerCompanySouthBranch,Shanghai200233)

Abstract:ThesolarenergyresourceofShanghaiisintroduced.ThestructureandperformanceofthePVpowergener2ationsysteminstalledontheroofofthe110kVFengzhousubstationarestudied.Theoperationsituationoftheindis2patchablegrid2connectedsystemispresentedandtheefficacyisanalysed.Consideringthepowergenerationcapacityofthesolarenergyandtheenergy2saving2exhaust2reductionfeature,thePVsystemnotonlyservesaspartofself2sup2plypowersource,butalsohelpstoadduptourbanpowersource,whilethepollutionisreducedatthesametime.Keywords:110kVsubstation;solarenergyPVsysteminstalledontheroo;fPVgrid2connectedpowergenerationsystem

1 上海气候及太阳能资源状况

上海地区的太阳能资源较丰富,年日照时数1600~2400小时,年总辐射量约420~500kJ/(cm#a)

2

-1

2 系统分析

位于嘉定的上海封周变电站屋顶太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换成电能的一种新型发电系统。

一套光伏发电系统的核心部件包括两部分:太阳能电池板和逆变器。

太阳能电池板:太阳能电池板是太阳能光伏发电系统中的核心部分,其作用是将太阳能直接转换成电能,供负载使用或存贮于蓄电池内备用。逆变器:逆变器的作用就是将太阳能电池阵列和蓄电池提供的低压直流电逆变成交流电,供给交流负载使用。2.1 光伏阵列朝向和倾角

(1)朝向

太阳能阵列正向赤道是其获得最多太阳辐射

[1,2]

。上海地区各月气象状况10年以

上统计数据如表1所示。

表1 上海各地区气象状况统计数据

水平面太阳地面以上水平面太阳地面以上

1)

月份辐射10m高处月份辐射1)10m高处

2)2)

/kWh/m2/day温度/e/kWh/m2/day温度/e123456

2.713.093.344.424.844.74

5.255.207.2111.115.519.6

789101112

5.615.303.993.583.222.84

23.224.822.618.313.28.19

注:1)水平面太阳输出平均值为3.97kW#h/m2/d;2)地面以上10m高处温度平均值为14.5e。

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13162009,37(

8)

能的主要条件之一。本系统的太阳能阵列处于北半球,应按正南偏西7b(磁偏角约为7b)方向设置。

(2)倾角

在并网发电系统中,太阳能阵列相对于水平面的倾斜角度一般应该按照使阵列获得全年最多太阳辐射能的角度设置,本系统的阵列倾角即是按照这一原则确定(见图1)。

用RETScreen软件,选取建设地纬度值的上下15b范围内的角度计算并比较对应的输出数值,确定其最佳倾斜角为27b

。

kWp。并网逆变其采用的是型号为SB1700的并网逆变器,单台输出为220V交流电,逆变器组输出为380V三相交流电。

全部30块太阳能电池组件采取每5块串联、

共6个支路,每2个支路接入1台SB1700逆变器的对应输入端。

系统组成如图3、图4所示,核心由30个太阳能组件、3个并网逆变器等组成,配件还包括数据采集系统、数据交换、

参数显示和监控设备等。

图3

系统组成示意图

图1 RETScreen软件最佳倾角计算

2.2 系统组成

封周变电站屋顶光伏发电并网系统主要由太阳能组件,并网逆变器等组成,其基本原理如图2

[3]

所示。白天有日照时,利用光生伏打效应原理,太阳能电池方阵将太阳辐射能量直接转换成直流电能;再通过并网逆变器转换成交流电能,直接输送到内部交流380V低压配电网站用屏,供

给站用电。

2.3 运行状况

本项目采用不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统,称为不可调度式并网光伏发电系统,在此系统中,并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能。

该系统共有三种工作状态:运行状态,待机状态和夜晚状态(或者叫休眠状态)。各种工作状态下功率消耗见表2。

表2 各种工作状态下功率消耗情况(单台SB1700)

图2 并网系统原理图

图4 系统连接示意图

并网系统为全自动运行,所发电量并不单独敷设给特定负载,只是作为内部负荷用电的补充。

太阳能电池板采用STP160S224/Ac型单晶硅组件,其峰值功率为160W,峰值电压为35V。系统中共用该型号组件30块,总装机功率为4.8

项目自身消耗功率/W单台输出功率/kW消耗比例/%

运行状态

71.550.412

待机状态

70)

休眠状态0.250)

系统采用最大功率跟踪法,当并网逆变器输

入端的光电板串的电压达到超过最大功率跟踪下

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曹 祥,等 封周变电站屋顶太阳能光伏发电系统研究1317

限139V时,逆变器系统启动,太阳能电池方阵将太阳能转换成的直流电能经逆变器DC/AC变换后输入380V交流侧配电网,因为并网光伏系统所输出的交流电的电压会稍高于配电网的电压,所以其发出的电力会被负荷优先消耗掉。在并网之前,逆变装置会测量母线电压频率用于同步,如果无法同步则不会并网。

如果此时没有负荷能够消耗光伏系统所发电能,则系统处于待机状态,待机状态下,逆变器系统自身的功率损耗和运行状态时一样。当辐照度逐渐减弱,使光电板串的电压低于139V时,不足以使逆变器系统启动,整个系统进入休眠状态,此时逆变器系统的功率损耗仅为0.25W。

由表3可以看出,该系统每个逆变器单元额定输出功率为1.7kW,最大直流输入功率为1185kWp。每个逆变器单元连接2个太阳能电池支路,共计1.6kW,一个支路的额定交流输出功率为1.55kW,系统总输出交流功率为4.65kW。

表3 各种工作状态下功率消耗情况(单台SB1700)

最大直流输入功率/kWp

输入功率

最大直流输入电压/V输入电压范围MPPT/V最大输入电流/A

输出功率

额定交流功率/kW额定交流电压/V

1.85400139~40012.61.55220~240

表4 节能减排效益比对

项目年发电量/kW#h节约标准煤/kg

减排碳粉尘/kg减排CO2/kg减排SO2/kg减排氮化物NOX/kg

节能减排数值

59542381.61619.55936.1178.689.3

起到/削峰0的作用。

4 结语

随着城市建设的发展,变电站的节能规划和

管理工作面临着巨大的发展机遇和挑战。/开源0与/节流0并重是节能降耗工作的重要抓手,也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清洁的可再生能源,具有不需占用昂贵的土地、降低施工成本、在用电地点发电避免或减少了输配电损失等多种优点。光伏发电技术还具有很好地的环境效益,不会造成温室气体的排放。

目前屋顶太阳能光伏发电系统的造价比较高,1kWp的造价近6万元,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][2][3][4]

赵 为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2003.

孔 娟.太阳能光伏发电系统的研究[D].青岛:青岛大学,2006.

吴海涛.光伏并网逆变器及其仿真研究[D].青岛:青岛大学,2007.

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).

收稿日期:2009206208本文编辑:杨林青

3 效益分析

根据RETScreen软件可以计算出本项目太阳

能系统的发电量数据:系统年平均发电量约为5954kW#h,日平均发电量约为16kW#h。

以燃烧煤炭的火力发电为参考,并且以年为单位计算的节能减排效益如表4。

如果上海地区110kV变电站全部安装4.8kWp容量的屋顶太阳能光伏发电系统,那么相当于上海新增了1台MW级别的机组,对上海市的电力将有一定的补充作用,并且没有污染,在白天

[4]

坚持走电力可持续发展的道路

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