高速公路服務區分布式光伏并網發電

前言

       今年的中央經濟工作會議提出：將“做好碳達峰、碳中和工作"作為 2021年的重點任務之一，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。

       為了實現采用減少碳排放量，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區建立光伏儲能電站，通過光伏電板借助儲能系統，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，過程綠色無碳，為“碳達峰"目標做出貢獻。

一 實事背景

       近日，G40滬陜高速（上海段）長興島服務區光伏分布式發電項目正式并網發電，標志著上海高速公路服務區分布式光伏發電項目建設成功。

       上海長興島服務區光伏車棚發電項目充分考慮服務區的停車區的整體規劃，利用西側服務區停車場區域布置光伏組件231塊，以1個并網點就近接入用戶服務區配電室380V母線上，采用“自發自用，余電上網"模式接入電網，預計運營期25年。該光伏車棚項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，減少二氧化碳排放量92.64噸/年，相當于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。長興島服務區光伏車棚項目所延展的“光伏"與“車棚"產業效能，充分利用太陽能研發的清潔電力的充電方式，使其可以成為真正的綠色環保車，能夠無憂暢行。

二 服務區分布式光伏發電分析

1.服務區分布式光伏發電原理

       分布式并網光伏系統是利用光伏組件將太陽能直接轉變為電能的發電方式，并且能一定程度保證發電的穩定性、可靠性及供給配電網電能質量，是一種新型的、環保型且具有長遠

發展前景的發電系統。該系統在高速公路服務區在場地或附近建設運行，以用戶側自發自用為主、多余電量上網且在配電網系統平衡調節為特征的光伏發電設施。它能夠就近逐步解決用電問題，通過并網送去實現供電差額的補償與外送。光伏電源處于用戶側，可以有效減少對電網供電的依賴，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，從而有效地增加光伏電站的占地面積。分布式光伏發電系統規模較小，可以根據實際要求進行建設，建設區域選擇性較大，在未來能源綜合利用發展中有很大的發展空間。

2.分布式光伏發電過程中的影響

       光伏并網柜在運行中，會出現電網側電壓、頻率等方面的波動對本站造成沖擊、負荷過高等現象，不僅會對電網設備造成損壞還會威脅到維護人員的生命安全。諧波問題是光伏發電的主要問題，光伏發電使用交、直流逆變器，由干逆變器是通過半導體功率開關的開通和關斷作用，把直流電轉變成交流電,在此環節會產生諧波問題。另外由于光伏項目的不確定性，造成輸出功率的隨機波動，導致電網頻率偏差，電壓波動與閃變等。

3.防孤島效應的危害

       當孤島效應發生時，負荷大于或者小于光伏發電功率，電網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備帶來破壞。當電網側停電檢修，若并網光伏電站的逆變器仍在繼續供電，維修人員不一定意識到分布式系統的存在，從而可能危及維修人員的安全

       如果逆變器仍然在發電，由于并網系統輸出電壓和電網電壓之間產生相位差，當電網重新恢復供電時會產生浪涌電流，可能會引起再次跳閘或對分布式發電系統、負載和供電系統帶來損壞。

4.光伏發電綜合監測解決方案

       利用防孤島保護裝置采集并網電壓、頻率及電網進線電流等信號，當發生孤島現象時，快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離。同時配置電能質量在線監測裝置，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/短時中斷等進行實時監測。通過這些設備在光伏并網柜中的使用，為電網的可靠運行提供保障。

三 服務區分布式光伏發電產品

1.產品一次上圖

2.防孤島裝置

       AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發電、燃氣發電等新能源并網供電系統。當發生孤島現象時，可以快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

3.電能質量在線監測裝置

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

四 服務區分布式光伏發電系統

1.發電效率監測

       綜合看板：顯示所有光伏電站的數量，裝機容量，實時發電功率。累計日、月、年發電量及發電收益。

       配電圖：以配電圖的形式直觀顯示光伏電站的運行狀態， 實時監測各逆變器的電壓、電流、輸出功率等電參量。

       電站狀態：展示當前光伏電站發電功率，補貼電價，峰值功率等基本參數。統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

       電站發電統計：展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

4.逆變器狀態監測

       逆變器狀態：日、月、年發電量及發電收益顯示。顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。 直流側電壓電流查詢。

       逆變器曲線分析：展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

       逆變器發電統計：展示所選電站各個逆變器的時、日、月、年發電量統計報表。

五 總結

      未來，將繼續以上海市“十四五"規劃目標為指引，積極探索光伏發電的能源變革在高速公路服務區的運用，按照“交通+能源"發展清潔低碳路沿經濟的思路，滿足未來電動汽車飛速發展對服務區用電量的需求。