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        地铁车辆段屋顶分布式光伏发电方案设计

        发布时间: 2017-08-31 07:50:10   作者:无   来源:
          近年来,光伏发电应用迅猛发展,截至2016年底,我国光伏发电累计装机容量达到77.42 GW,其中,光伏电站67.1 GW,分布式光伏10.32 GW。根据国家能源局2015年末发布的《太阳能利用“十三·五”发展规划(征求意见稿)》中关于我国“十三·五”光伏发展目标的描述:到2020年,光伏发电总装机容量达到15 0 GW,其中集中式光伏电站80 GW,分布式光伏70 GW。可见,分布式光伏发展前景十分广阔。
         
          1工程概况
          呼和浩特地铁1号线三间房大架修车辆基地内,停车列检库、联合检修库、洗车库及漩轮库屋顶面积超过7万m2;车辆基地内有自建的35 kV牵引降压混合变电所一座,与周围12座地铁车站35 kV系统组成环网,由回民区政府110 kV变电所(地铁1/3/5号线共享主肺供电;地铁1号线低压动照近期最大负荷约11NIW(其中季节性负荷约占40%),远期约14.5 MW,牵引供电负荷近期约8.8 MW,远期约12 MW,近期最大用电负荷约19.8 MW,远期最大用电负荷约26.5 MW;地铁牵引系统设有再生能制动回馈系统;呼和浩特市为太阳能资源丰富地区,年辐射总量达到6 241.19MJ/m2,具备发展屋顶分布式并网光伏的必备条件。
         
          2内屋顶特点
          建筑物方位角南偏东290、屋顶为锯齿形多垮建筑物、屋顶剖度1:10、女儿墙高度800 mm、屋顶有采光天窗和风机设备。
         
          3分布式屋顶光伏系统设计
          3.1光伏容量的设计
          太阳能电池板主要有晶体硅和非晶硅之分,由于晶体硅电池板的发电效率高,被广泛采用。晶体硅太阳能电池板分为单晶硅和多晶硅电池板,虽然多晶硅比占有率高,所以本工程采用目前主流275 W多晶硅电池板。
          根据275 W多晶硅电池板参数,确定电池板串联数量为22块,采用上下两行竖排方式。结合建筑物屋顶特点,如果屋顶光伏组件采用顺坡平铺方式,组件之间留有巡检通道,受屋顶女儿墙、采光天窗、屋顶设备及屋顶排水沟影响,屋顶最大可布置光伏容量5 MW};如果屋顶光伏组件采用呼和浩特地区最优倾角36度方式,屋顶最大可布置光伏容量3 MW 。
          根据规范Q/GDW 480-2010《分布式电源接入电网技术规定》要求:分布式电源总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。得出本工程分布式电源总容量不宜超过4.95 MW(近期)和6.625 MW(远期)。
         
          3.2地铁对光伏容景的影响
          地铁车站的间距短,牵引车辆启动、制动频繁,制动功率可达牵引功率50%以上。为更好地利用资源,达到节能降耗的目的,呼和浩特地铁1号线牵引制动采用逆变型再生能量制动回馈系统,该系统收集的制动能量由其他牵引车辆和低压负荷吸收,低压负荷吸收比例约40%-50%。由此得出制动能量回馈低压电网功率约2.2  MW(近期)和3 MW(远期)。
          地铁再生能制动能量回馈系统也属于分布式电源,由于太阳能电池板有25 a寿命限制,加之地铁远期的不确定性,可计算出近期本工程光伏容量为2.75 MW。因此,屋顶光伏方阵倾角采用360,装机容量2.75 MW为本工程可行性方案。
         
          3.3光伏并网点的选择
          基地内35 kV牵引降压混合所电源引自回民区政府110 kV主变电所35 kV母线段,采用3 x 240 mm2铜芯电缆环网供电,供电距离约5km。根据规范要求,光伏容量>1MW要求中压并网。因此选择在车辆段内35 kV牵引降压混合所母线并网,满足光伏发电并网条件。
         
          3.4光伏系统配网设计
          根据光伏装机容量2.75 MW,选用4台630 kW逆变器和2台1 250 kVA升压变压器,升压至35 kV并入车辆段牵引降压混合变电所35 kV母线。
         
          3.5光伏运行方式的确定
          分布式并网服务管理规则允许光伏有3种运行方式:全额自发自用;自发自用、余电上网;全额上网。呼和浩特光伏发电在5月和9月发电量最大,此时地铁季节性用电负荷恰好停运,地铁用电处于低谷期。地铁低压用电按80%波动计算,则地铁低谷用电负荷为11*0.8*0.6=5.28 (MW),大于分布式电源4.95 MW,因此本工程可实现全额自发自用。
         
          4光伏并网对地铁牵引系统的影响及对策
          1)电能质量。光伏发电等分布式电源通过电力电子逆变器并网,易产生谐波、电压波动、闪变,这些电能质量问题直接影响电器设备安全。查厂家资料,光伏并网逆变器的最大总谐波失真不超过3% (额定功率时),则注入35 kV侧最大谐波不超过1%。地铁牵引供电采用24脉冲整流,谐波含量不超过1%,逆变型再生能制动回馈系统在控制上增加滤波装置,使谐波含量不超过1%,通过控制可满足35 kV电网谐波含量不超过3%的要求。
          2)运行控制。光伏接入地铁牵引网后,给牵引网电压调整造成一定困难。因为负荷潮流变化大,使馈线上的电压幅值发生变化,导致电压超标风险。采用升压变压器增加有载调压抽头和光伏并网处增加SVG装置参与调压,可满足实际运行电压调整要求。
          3)继电保护。地铁牵引供电加再生能回馈系统已经是多电源系统,光伏并入后,可能新增逆功率的问题,为此需在110 kV主变所增加逆功率保护装置,同时继电保护定值配合需要重新计算调整复杂性。
         
          5结沦
          分布式光伏发电系统的基本原则是满足本地负载的用电需求,其发电系统的发电收益由自用光伏电力收入以及光伏发电全电量补贴收入组成。本工程并网发电后可实现光伏25 a全寿命周期内发电量8 294万kWh,按照呼和浩特地铁用电电价0.56元/(kWh) +分布式光伏电源补贴电价0.42元/(kWh),可实现总收益8 294 x 0.98=8 128.12万(元),减去项目一次性投资费用约2 500万元,可实现利润5 628.12万元,同时节约标准煤2.6万t,CO2减排7.38万t,获得良好的经济效益和社会效益。