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【摘 要】开发新能源是我国能源发展战略的重要组成部分。内蒙古自治区太阳能资源丰富，积极开展太阳能光伏发电，可改善内蒙古自治区的能源结构，实现地区电力可持续发展。本文通过具体的工程实例，主要介绍内蒙古光伏发电与农业设施相结合的新模式，为今后内蒙古的光伏发电产业寻找更多元的发展模式，找到更多的发展途径。将太阳能发电、现代农业种植和养殖高效设施农业相结合，一方面太阳能光伏系统可运用农地直接低成本发电；另一方面由于薄膜太阳电池可透光，动植物生长所需的主要光源可以穿透，可储存热能，提高大鹏温度，在冬季有利于动植物生长，从而节约能源。
【关键词】太阳能光伏发电；多晶硅光伏组件；逆变器；集电线路；配电装置
0.引言
太阳能是一种清洁的可再生能源，由于其资源丰富、产业化基础好、经济优势明显、环境影响小等优点，具备大规模开发的条件，在可以预见的将来，太阳能的开发利用将成为最重要的可再生能源发展方向。内蒙古自治区是我国的电力大省，具有丰富的太阳能资源，近年来，为实现地区电力可持续发展，内蒙古自治区积极调整能源结构，充分利用太阳能资源可再生的优势，大力发展太阳能光伏发电。同时，大力发展太阳能光伏发电，也符合国家制定的“开发与节约并存，重视环境保护，合理配置资源，开发新能源，实现可持续发展的能源战略”的方针政策。本文就具体的农业设施与光伏发电相结合的示范工程做简要的简绍。
1.工程概述
国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目工程由国电蒙电新能源投资有限公司和内蒙古奈伦集团股份有限公司联合投资，是内蒙古自治区太阳能资源开发的示范项目，本工程本期建设规模为65MWp，远期规划100MWp。规划建设65MVA+35MVA主变压器，设110kV、35kV两级电压，110kV规划出线1回，35kV规划出线9回。本期光伏电站容量65MWp，建设1台容量65MVA主变压器，110kV出线1回，35kV出线6回。
2.光伏系统总体方案设计
2.1 光伏组件选择
太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件类型。目前，常用的光伏组件主要有以下3种类型：
（1） 单晶硅、多晶硅太阳能电池
（2） 薄膜光伏电池
（3） 聚光太阳能电池
单晶硅电池由于在制造过程中能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降；多晶硅电池比非晶硅转换效率高且性能稳定，且目前价格基本相同。随着高纯多晶硅产能近几年的发展，多晶硅电池组件的成本也有望进一步下降。因此从转换效率、组件性能、设备初投资几方面综合考虑，本工程光伏组件拟采用环保经济型多晶硅电池组件。
2.2 逆变器选型
对于逆变器的选型，主要根据以下几个指标进行选择：
2.2.1 逆变器输入直流电压的范围：由于太阳能电池组串的输出电压受日照强度、天气条件及负载影响，其变化范围比较大。要求逆变器能够在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。
2.2.2 逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在90%或95%以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85%或90%以上。即使在逆变器额定功率10%的情况下，也要保证90%（大功率逆变器）以上的转换效率。
2.2.3 逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，就要求逆变器的输出电压波形、幅值及相位等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。所选逆变器应输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。
2.2.4 最大功率点跟踪：逆变器的输入终端电阻应自适应于光伏发电系统的实际运行特性。保证光伏发电系统运行在最大功率点。
2.2.5 可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点，限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。
2.2.6 监控和数据采集：逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到远控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。
逆变器主要技术指标还有：额定容量，输出功率因数，额定输入电压、电流，电压调整率，负载调整率，谐波因数，总谐波畸变率，畸变因数，峰值子数等。
根据以上条件，本工程采用集中型逆变器。现有成熟、常用的逆变器容量为500kW，每台分站房内设2台500kW的逆变器，成套设备内包含1套光伏发电计算机监控系统通讯屏、直流防雷配电柜，1台UPS电源。
2.3 光伏接线方案
国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目的光伏组件全部固定在农业大棚棚顶。本项目采用“分块发电，集中并网”的总体设计方案。65MWp的光伏阵列可分为65个1MWp的光伏方阵，组成65个1MWp并网发电单元，每个1MWp的并网发电单元的光伏组件都通过直流汇流装置分别接至2台500kW的逆变器。每1 MWp光伏容量配置一台1000kVA箱式变电站，共采用65台容量为1000kVA的35kV箱式变电站升压后接至35kV集电线路。每回35kV集电线路由11台（其中一回接10台）箱变连接后接入35kV配电室35kV母线。本期共6回集电线路接入35kV母线，35kV集电线路接入升压站35kV母线。35kV 母线经1台110kV升压变升压后接入110kV母线经1回线路送出。
2.4 设备布置
本项目直流屏和逆变器布置在每个1MW光伏发电单元区域内的集中型逆变房内，每个逆变房内布置2面直流防雷配电柜和2面500kW逆变器，共65个集中型逆变房。箱式变压器为高压设备，本工程集中型逆变房与箱式变压器采取独立布置。110kV配电装置布置在升压站区南侧，向南出线，采用屋外普通中型断路器单列布置；35kV配电装置布置在升压站站区北侧，采用屋内开关柜单列布置；主变压器布置在站区中部；35kV动态无功补偿装置布置在35kV配电装置北侧，安装场地满足不同原理补偿装置对场地的要求。继电保护间、站用电室和蓄电池室均布置在综合楼内，综合楼布置在站区西侧。 2.5 监控系统
2.5.1光伏发电系统计算机监控系统
本项目光伏发电系统采用微机监控。监控系统采用开放式分层分布系统结构，由站控层、间隔层和网络层三部分组成。站控层为整个光伏电站设备监视、测量、控制、管理的中心，负责来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。硬件设备、数据链路用以太网构成，网络传送协议采用TCP/IP网络协议，网络传输速率不小于100Mbit/s，站控层网络按双网配置。整个监控系统的主要功能如下：
（1） 控制功能
（2） 遥测功能
（3） 遥信功能
（4） 有功、无功自动调节功能
（5） 与升压站计算机监控系统通讯功能
2.5.2升压站计算机监控系统
升压站采用微机监控的自动化系统，即将升压站的二次设备（包括控制、保护、信号、测量、自动装置、远动终端等）应用自动控制技术，微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工对变电站执行监控、保护、测量、运行操作管理，信息远传及其协调的一种自动化系统。本升压站自动化系统的结构配置采用分层分布式结构。可实现如下监控功能：
（1） 控制功能
（2） 监测功能
（3） 远动功能
3.工程效益
本项目汇集薄膜太阳能、系统集成、智能控制技术、设施农业、农业种植等领域的最先进的技术、经验和人才，以薄膜太阳能设施农业一体化并网发电为核心，集薄膜太阳能发电，农业光电子工程应用、推广，现代农业种植和养殖、加工为一体的综合利用，本项目利用太阳能光伏发电使广大的荒漠变废为宝，可以创造较好的经济效益和社会效益。
4.结束语
太阳能发电的使用，节省了发电所需的矿物燃料，同时太阳能电站的生产过程不产生大气、水体、固体废弃物等方面的污染物，不会产生大的噪声污染。因此，太阳能光伏发电项目不仅可以带来可观的经济效益，而且能够带来社会和环境效益。本项目所选地区，太阳能资源丰富、有效日照时数高、光能效率好，与农业实施相结合，对太阳能组件的布置较为有利，具有经济开发利用价值。工程建成投产后，可以降低对常规能源的依靠，增加绿电的使用量。为保证当地今后继续发展大规模太阳能发电提供本地的太阳能数据。太阳能电站的建设也可为当地的旅游资源增添一道亮丽的景观，促进当地旅游业的发展，经济、社会、环境效益十分显著。
参考文献：
[1] 弋东方，钟大文，应震华，等。《电力工程电气设计手册》，中国电力出版社，2002.1.
[2] 荆雷，《国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目可行性研究报告》，内蒙古电力勘测设计院，2012.6.
[3] 王霁雪，郭雁珩，王润铃，等。《光伏发电工程可行性研究报告编制办法》（试行），水电水利规划设计总院，2011.5.
【关键词】太阳能光伏发电；多晶硅光伏组件；逆变器；集电线路；配电装置
0.引言
太阳能是一种清洁的可再生能源，由于其资源丰富、产业化基础好、经济优势明显、环境影响小等优点，具备大规模开发的条件，在可以预见的将来，太阳能的开发利用将成为最重要的可再生能源发展方向。内蒙古自治区是我国的电力大省，具有丰富的太阳能资源，近年来，为实现地区电力可持续发展，内蒙古自治区积极调整能源结构，充分利用太阳能资源可再生的优势，大力发展太阳能光伏发电。同时，大力发展太阳能光伏发电，也符合国家制定的“开发与节约并存，重视环境保护，合理配置资源，开发新能源，实现可持续发展的能源战略”的方针政策。本文就具体的农业设施与光伏发电相结合的示范工程做简要的简绍。
1.工程概述
国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目工程由国电蒙电新能源投资有限公司和内蒙古奈伦集团股份有限公司联合投资，是内蒙古自治区太阳能资源开发的示范项目，本工程本期建设规模为65MWp，远期规划100MWp。规划建设65MVA+35MVA主变压器，设110kV、35kV两级电压，110kV规划出线1回，35kV规划出线9回。本期光伏电站容量65MWp，建设1台容量65MVA主变压器，110kV出线1回，35kV出线6回。
2.光伏系统总体方案设计
2.1 光伏组件选择
太阳能电池组件的选择应在技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站周围的自然环境、施工条件、交通运输的状况，选用行业内的主导太阳能电池组件类型。目前，常用的光伏组件主要有以下3种类型：
（1） 单晶硅、多晶硅太阳能电池
（2） 薄膜光伏电池
（3） 聚光太阳能电池
单晶硅电池由于在制造过程中能耗较高，在市场中所占比例逐渐下降；多晶硅电池比非晶硅转换效率高且性能稳定，且目前价格基本相同。随着高纯多晶硅产能近几年的发展，多晶硅电池组件的成本也有望进一步下降。因此从转换效率、组件性能、设备初投资几方面综合考虑，本工程光伏组件拟采用环保经济型多晶硅电池组件。
2.2 逆变器选型
对于逆变器的选型，主要根据以下几个指标进行选择：
2.2.1 逆变器输入直流电压的范围：由于太阳能电池组串的输出电压受日照强度、天气条件及负载影响，其变化范围比较大。要求逆变器能够在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定。
2.2.2 逆变器输出效率：大功率逆变器在满载时，效率必须在90%或95%以上。中小功率的逆变器在满载时，效率必须在85%或90%以上。即使在逆变器额定功率10%的情况下，也要保证90%（大功率逆变器）以上的转换效率。
2.2.3 逆变器输出波形：为使光伏阵列所产生的直流电经逆变后向公共电网并网供电，就要求逆变器的输出电压波形、幅值及相位等与公共电网一致，以实现向电网无扰动平滑供电。所选逆变器应输出电流波形良好，波形畸变以及频率波动低于门槛值。
2.2.4 最大功率点跟踪：逆变器的输入终端电阻应自适应于光伏发电系统的实际运行特性。保证光伏发电系统运行在最大功率点。
2.2.5 可靠性和可恢复性：逆变器应具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能，如：过电压情况下，光伏发电系统应正常运行；过负荷情况下，逆变器需自动向光伏电池特性曲线中的开路电压方向调整运行点，限定输入功率在给定范围内；故障情况下，逆变器必须自动从主网解列。
2.2.6 监控和数据采集：逆变器应有多种通讯接口进行数据采集并发送到远控室，其控制器还应有模拟输入端口与外部传感器相连，测量日照和温度等数据，便于整个电站数据处理分析。
逆变器主要技术指标还有：额定容量，输出功率因数，额定输入电压、电流，电压调整率，负载调整率，谐波因数，总谐波畸变率，畸变因数，峰值子数等。
根据以上条件，本工程采用集中型逆变器。现有成熟、常用的逆变器容量为500kW，每台分站房内设2台500kW的逆变器，成套设备内包含1套光伏发电计算机监控系统通讯屏、直流防雷配电柜，1台UPS电源。
2.3 光伏接线方案
国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目的光伏组件全部固定在农业大棚棚顶。本项目采用“分块发电，集中并网”的总体设计方案。65MWp的光伏阵列可分为65个1MWp的光伏方阵，组成65个1MWp并网发电单元，每个1MWp的并网发电单元的光伏组件都通过直流汇流装置分别接至2台500kW的逆变器。每1 MWp光伏容量配置一台1000kVA箱式变电站，共采用65台容量为1000kVA的35kV箱式变电站升压后接至35kV集电线路。每回35kV集电线路由11台（其中一回接10台）箱变连接后接入35kV配电室35kV母线。本期共6回集电线路接入35kV母线，35kV集电线路接入升压站35kV母线。35kV 母线经1台110kV升压变升压后接入110kV母线经1回线路送出。
2.4 设备布置
本项目直流屏和逆变器布置在每个1MW光伏发电单元区域内的集中型逆变房内，每个逆变房内布置2面直流防雷配电柜和2面500kW逆变器，共65个集中型逆变房。箱式变压器为高压设备，本工程集中型逆变房与箱式变压器采取独立布置。110kV配电装置布置在升压站区南侧，向南出线，采用屋外普通中型断路器单列布置；35kV配电装置布置在升压站站区北侧，采用屋内开关柜单列布置；主变压器布置在站区中部；35kV动态无功补偿装置布置在35kV配电装置北侧，安装场地满足不同原理补偿装置对场地的要求。继电保护间、站用电室和蓄电池室均布置在综合楼内，综合楼布置在站区西侧。 2.5 监控系统
2.5.1光伏发电系统计算机监控系统
本项目光伏发电系统采用微机监控。监控系统采用开放式分层分布系统结构，由站控层、间隔层和网络层三部分组成。站控层为整个光伏电站设备监视、测量、控制、管理的中心，负责来自间隔层的全部数据的传输和各种访问请求。硬件设备、数据链路用以太网构成，网络传送协议采用TCP/IP网络协议，网络传输速率不小于100Mbit/s，站控层网络按双网配置。整个监控系统的主要功能如下：
（1） 控制功能
（2） 遥测功能
（3） 遥信功能
（4） 有功、无功自动调节功能
（5） 与升压站计算机监控系统通讯功能
2.5.2升压站计算机监控系统
升压站采用微机监控的自动化系统，即将升压站的二次设备（包括控制、保护、信号、测量、自动装置、远动终端等）应用自动控制技术，微机及网络通信技术，经过功能的重新组合和优化设计，组成计算机的软硬件设备代替人工对变电站执行监控、保护、测量、运行操作管理，信息远传及其协调的一种自动化系统。本升压站自动化系统的结构配置采用分层分布式结构。可实现如下监控功能：
（1） 控制功能
（2） 监测功能
（3） 远动功能
3.工程效益
本项目汇集薄膜太阳能、系统集成、智能控制技术、设施农业、农业种植等领域的最先进的技术、经验和人才，以薄膜太阳能设施农业一体化并网发电为核心，集薄膜太阳能发电，农业光电子工程应用、推广，现代农业种植和养殖、加工为一体的综合利用，本项目利用太阳能光伏发电使广大的荒漠变废为宝，可以创造较好的经济效益和社会效益。
4.结束语
太阳能发电的使用，节省了发电所需的矿物燃料，同时太阳能电站的生产过程不产生大气、水体、固体废弃物等方面的污染物，不会产生大的噪声污染。因此，太阳能光伏发电项目不仅可以带来可观的经济效益，而且能够带来社会和环境效益。本项目所选地区，太阳能资源丰富、有效日照时数高、光能效率好，与农业实施相结合，对太阳能组件的布置较为有利，具有经济开发利用价值。工程建成投产后，可以降低对常规能源的依靠，增加绿电的使用量。为保证当地今后继续发展大规模太阳能发电提供本地的太阳能数据。太阳能电站的建设也可为当地的旅游资源增添一道亮丽的景观，促进当地旅游业的发展，经济、社会、环境效益十分显著。
参考文献：
[1] 弋东方，钟大文，应震华，等。《电力工程电气设计手册》，中国电力出版社，2002.1.
[2] 荆雷，《国电蒙电土左旗设施农业65MWp光伏项目可行性研究报告》，内蒙古电力勘测设计院，2012.6.
[3] 王霁雪，郭雁珩，王润铃，等。《光伏发电工程可行性研究报告编制办法》（试行），水电水利规划设计总院，2011.5.