淺談高速公路服務(wù)區(qū)分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電

安科瑞 華楠

前言

今年的國家經(jīng)濟(jì)工作會議提出：將“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”作為 2021年的主要任務(wù)之一，而我國高速公路里程 15.5萬公里，對能源的需求與日俱增，碳排放量增速明顯。

為了實(shí)現(xiàn)采用減少碳排放量，采用清潔能源替代的方式。本文主要講述針對高速公路服務(wù)區(qū)建立光伏儲能電站，通過光伏電板借助儲能系統(tǒng)，依托智慧能源管理平臺，可以像“充電寶”一樣儲存著空閑時間電能，在需要的時候也能釋放電能，過程完全綠色無碳，為“碳達(dá)峰”目標(biāo)做出不可或缺的貢獻(xiàn)。

一 實(shí)事背景

近日，G40滬陜高速（上海段）長興島服務(wù)區(qū)光伏分布式發(fā)電項(xiàng)目正式并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著上海高速公路服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)成功。

上海長興島服務(wù)區(qū)光伏車棚發(fā)電項(xiàng)目充分考慮服務(wù)區(qū)的停車區(qū)的整體規(guī)劃，利用西側(cè)服務(wù)區(qū)停車場區(qū)域布置光伏組件231塊，以1個并網(wǎng)點(diǎn)就近接入用戶服務(wù)區(qū)配電室380V母線上，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”模式接入電網(wǎng)，預(yù)計運(yùn)營期25年。該光伏車棚項(xiàng)目的啟用將為配套的新能源車充電樁提供約12萬度/年，可為電動汽車供20多萬次的充電服務(wù)，減少二氧化碳排放量92.64噸/年，相當(dāng)于1800畝樹林一天的減排量，所釋放的氧氣可供116000人全天呼吸之用。長興島服務(wù)區(qū)光伏車棚項(xiàng)目所延展的“光伏”與“車棚”產(chǎn)業(yè)效能，充分利用太陽能研發(fā)的清潔電力的充電方式，使其可以成為綠色環(huán)保車，能夠無憂暢行。

二 服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)電分析

1.服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)電原理

分布式并網(wǎng)光伏系統(tǒng)是利用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式，并且能一定程度保證發(fā)電的穩(wěn)定性、可靠性及供給配電網(wǎng)電能質(zhì)量，是一種新型的、環(huán)保型且具有長遠(yuǎn)

發(fā)展前景的發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)在高速公路服務(wù)區(qū)在場地或附近建設(shè)運(yùn)行，以用戶側(cè)自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。它能夠就近逐步解決用電問題，通過并網(wǎng)送去實(shí)現(xiàn)供電差額的補(bǔ)償與外送。光伏電源處于用戶側(cè)，可以合理減少對電網(wǎng)供電的依賴，減少線路損耗。通過借助建筑物表面，將光伏蓄電池作為建筑材料，從而合理地增加光伏電站的占地面積。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較小，可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行建設(shè)，建設(shè)區(qū)域選擇性較大，在未來能源綜合利用發(fā)展中有很大的發(fā)展空間。

2.分布式光伏發(fā)電過程中的影響

光伏并網(wǎng)柜在運(yùn)行中，會出現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)電壓、頻率等方面的波動對本站造成沖擊、負(fù)荷過高等現(xiàn)象，不僅會對電網(wǎng)設(shè)備造成損壞還會威脅到維護(hù)人員的生命安全。諧波問題是光伏發(fā)電的主要問題，光伏發(fā)電使用交、直流逆變器，由干逆變器是通過半導(dǎo)體功率開關(guān)的開通和關(guān)斷作用，把直流電轉(zhuǎn)變成了交流電,在此環(huán)節(jié)會產(chǎn)生諧波問題。另外由于光伏項(xiàng)目的不確定性，造成輸出功率的隨機(jī)波動，導(dǎo)致電網(wǎng)頻率偏差，電壓波動與閃變等。

3.防孤島效應(yīng)的危害

當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生時，負(fù)荷大于或者小于光伏發(fā)電功率，電網(wǎng)不能控制供電孤島的電壓和頻率，電壓幅值和頻率的漂移會對用電設(shè)備帶來破壞。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)停電檢修，若并網(wǎng)光伏電站的逆變器仍在繼續(xù)供電，維修人員不一定意識到分布式系統(tǒng)的存在，從而可能危及維修人員的安全

如果逆變器仍然在發(fā)電，由于并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電壓和電網(wǎng)電壓之間產(chǎn)生相位差，當(dāng)電網(wǎng)重新恢復(fù)供電時會產(chǎn)生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或?qū)Ψ植际桨l(fā)電系統(tǒng)、負(fù)載和供電系統(tǒng)帶來損壞。

4.光伏發(fā)電綜合監(jiān)測解決方案

利用防孤島保護(hù)裝置采集并網(wǎng)電壓、頻率及電網(wǎng)進(jìn)線電流等信號，當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時，快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離。同時配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，對電壓諧波、電壓波動與閃變、頻率偏差、電壓不平衡度、電壓暫降/暫升/短時中斷等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。通過這些設(shè)備在光伏并網(wǎng)柜中的使用，為電網(wǎng)的可靠運(yùn)行提供保障。

三 服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)電產(chǎn)品

1.產(chǎn)品一次上圖

2.防孤島裝置

AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。

3.電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照 IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測量方法 進(jìn)行測量。集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、 事件記錄、測量控制等功能為一體。

四 服務(wù)區(qū)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

1.發(fā)電效率監(jiān)測

綜合看板：顯示所有光伏電站的數(shù)量，裝機(jī)容量，實(shí)時發(fā)電功率。累計日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

配電圖：以配電圖的形式直觀顯示光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)， 實(shí)時監(jiān)測各逆變器的電壓、電流、輸出功率等電參量。

電站狀態(tài)：展示當(dāng)前光伏電站發(fā)電功率，補(bǔ)貼電價，峰值功率等基本參數(shù)。統(tǒng)計當(dāng)前光伏電站的日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益。

電站發(fā)電統(tǒng)計：展示所選電站的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

4.逆變器狀態(tài)監(jiān)測

逆變器狀態(tài)：日、月、年發(fā)電量及發(fā)電收益顯示。顯示逆變器功率、環(huán)境輻照度曲線。 直流側(cè)電壓電流查詢。

逆變器曲線分析：展示交、直流側(cè)電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

逆變器發(fā)電統(tǒng)計：展示所選電站各個逆變器的時、日、月、年發(fā)電量統(tǒng)計報表。

五 總結(jié)

未來，將繼續(xù)以上海市“十四五”規(guī)劃目標(biāo)為指引，積極探索光伏發(fā)電帶領(lǐng)的能源變革在高速公路服務(wù)區(qū)的運(yùn)用，按照“交通+能源”發(fā)展清潔低碳路沿經(jīng)濟(jì)的思路，滿足未來電動汽車飛速發(fā)展對服務(wù)區(qū)用電量的需求。