变电站光伏直流系统的研究与应用

摘要：随着我国经济建设的不断发展，电力企业节能环保的有效途径也得到了相关部门的高度重视，太阳能作为我国目前丰富的可再生能源，在电力企业中也得到了广泛应用。本文首先介绍了变电站光伏直流系统的构成、系统设计要素以及原则和方法，并在此基础上对近几年来我国相关工作人员对变电站光伏直流系统的研究现状进行介绍，以此来促进我国电力企业的可持续发展。

关键词：变电站；光伏直流系统；研究与应用

Abstract: with the continuous development of China's economic construction, effective way of energy saving and environmental protection of electric power enterprises has been attached great importance to the relevant departments, the solar energy as our present abundant renewable energy, has been widely used in electric power enterprise. This paper first introduces the substation DC system constitute, photovoltaic system design elements and principles and methods, and based on this, the recent research status of China's relevant staff of substation DC system photovoltaic, in order to promote the sustainable development of China's power enterprises.

Keywords: substation; photovoltaic DC system; research and Application

[中图分类号] TU113 [文献标识码]A[文章编号]

随着我国经济建设发展脚步的不断加快，能源作为最重要的物质基础，其作用也体现的越来越明显。对能源的有效节约也成为了国家相关部门所面临的一项重大课题。太阳能是资源最丰富的可再生资源，凭借着自身诸多优势在我国多个领域都得到了广泛应用，电力企业就是其中最重要的一个领域，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，得到了飞速的发展，随着太阳能光伏电池的单位造价的降低，使变电站使用太阳能供电成为可能。

一、系统的构成与设计

1.1系统的构成

变电站光伏直流系统的构成主要包括太阳能电池组件、光伏控制器、蓄电池组以及高频开关充电装置等几个部分。在系统运行过程中，每个部分都起到了不同的作用。其中，太阳能电池组件主要负责将光能转换成电能。在多块太阳能电池串并联的作用下，就能够在一定程度上满足负载要求的电压和电流；光伏控制器作为整个系统的控制核心，主要就是对系统中各个设备的运行进行控制，比如说太阳能板的发电、负载的管理和保护等；蓄电池组主要为系统中的储能设备，主要复杂将多余的电能进行储存，在太阳能组件发电量不足的时候，对其进行补充；高频开关充电器装置主要是控制系统交流输入端交流接触器的闭合与断开,进而达到控制充电机的启停。

1.2系统的设计

在对变电站光伏直流系统进行设计的时候，首先应该对相关的设计标准、变电站所处的地理位置、气候气象等数据资料进行充分全面的了解，其中不仅包括直流负载的电压等级、功耗以及相关的工作时间等，而且还应该对具体环境中的温度、风速以及日照强度等进行全面掌握。由于变电站光伏直流系统在设计的过程中包括许多环节，因此，设计人员在对系统进行设计的时候，必须要从整体出发，在满足负载用电要求的基础上，还要确保系统能够长期可靠的运行，同时还要考虑系统工程整体的经济性和可靠性。

二、系统的工程原理及实现

2.1光伏控制器的研制

在整个变电站光伏直流系统中，光伏控制器作为核心设备，不仅是连接太阳能电池组件阵列和蓄电池组的控制中心的主要设备，而且对系统输入、输出功率调节和分配也起到了不可替代的作用。因此，光伏控制器的科学研制对整个系统的稳定运行来说，具有重要的作用。

图1：光伏控制器原理

在变电站光伏直流系统中，光伏控制器主要是由多个电路组成的，这些电路包括单片机电路、充电开关电路、开关电源电路以及键盘接口驱动电路等。每个电路在系统运行的时候都具备不同的功能，单片机电路主要是通过其输入/输出(I/O)口实现与其他各功能电路的连接,其模/数(A/D)转换输入口实现对蓄电池、光伏电路的采样测量；充电开关电路主要是在系统运行过程中，针对运行情况输出相应的充电控制信号；开关电源电路主要负责为单片机电路以及其他相关电路提供必要的电源。光伏控制器的工作原理则如图1所示。

2.2系统工作原理

图2：变电站光伏直流系统结构图

通过图2我们能够看出，在变电站光伏直流系统中，主要利用太阳能电池组件实现对太阳能向电能的转换需要，经光伏控制器稳压输出接直流系统合母上。当太阳能电池组件输出电压在直流系统电压要求范围内的时候，充电机输入端交流接触器受光伏控制器控制而断开，由光伏电源给变电站直流系统供电；当太阳能电池组件输出电压不符合直流系统电压要求时，光伏控制器自动停止输出，而且控制充电机输入端交流接触器闭合，此时由充电机给变电站直流系统供电。光伏控制器和充电机自动切换，交替工作。

三、系统运行的效果

变电站光伏直流系统中所采用的主要为单母线接线，其在具体运行过程中，在白天有日光照射的条件下，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。此外，从变电站光伏直流系统实际的运行效果来看，由于系统采用光伏控制器和原有充电机自动切换，从而大大提高了变电站系统运行的可靠性，同时还在很大程度上减少了噪声，也不会产生有害物质，运行安全稳定。

四、结语

综上所述，随着太阳能在电力企业发展中的广泛应用，变电站光伏直流系统也必然会得到不断的优化与完善，其本身所具有的节能环保、运行稳定可靠等优点也会表现的越来越明显。但就我国目前变电站光伏直流系统的应用现状来看，仍然存在一些有待改进的问题，比如说系统对太阳光照的利用率相对较低等。因此，在未来的时间里，相关工作人员还需要不断积累经验，不断对系统进行完善，从而促进我国电力企业的可持续发展。

参考文献：

[1]陈晓明,张俊生,林航,葛晖.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].《水电自动化与大坝监测》.2009(01)

[2]林航,陈晓明.变电站光伏直流系统的研究与应用[J].《安徽电力》.2008(04)

[3]刘利成,黄曙霞.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[A].《第十五届华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术研讨会论文集》.2007