大型光伏電站的電氣設(shè)計與探究

茍曉衛(wèi)

【摘 要】近年來，光伏產(chǎn)業(yè)逐漸得到重視，很多光伏電站不斷擴大其建設(shè)規(guī)模，并且電站的電氣方案可以說是直接影響著電廠的生產(chǎn)效率以及收益情況。根據(jù)多年工作經(jīng)驗，對大型光伏電站電氣設(shè)計進行了簡要分析，希望可以為相關(guān)研究人員提供參考。

【Abstract】In recent years， the photovoltaic industry has gradually been paid attention to， many photovoltaic power plants continue to expand their scale of construction， and the power station's electrical program can be said to directly affect the power plant production efficiency and income. Based on many years of work experience， the electrical design of large-scale photovoltaic power station is briefly analyzed， hoping to provide reference for relevant researchers.

【關(guān)鍵詞】大型；光伏電站；電氣設(shè)計

【Keywords】large scale； photovoltaic power plant； electrical design

【中圖分類號】TM92 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）10-0158-02

1 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電量已經(jīng)變得十分巨大，光伏發(fā)電以其明顯的優(yōu)勢被廣泛關(guān)注，大范圍的光伏電站建立起來。但是僅僅規(guī)模龐大的電站建設(shè)并不是我們真正追求的，只有整個領(lǐng)域得到長足發(fā)展、實現(xiàn)真正的經(jīng)濟收益才是我們的目的。因此，電氣設(shè)計作為電站建設(shè)中的重要一環(huán)，我們應(yīng)給以足夠的關(guān)注。

2 光伏電站簡介

光伏電站的能量來源主要是太陽能，電站所運用的材料設(shè)備通常有逆變器、晶硅板等特殊材料，光伏電站和電網(wǎng)進行連接，同時將電能傳輸給相連的電網(wǎng)，這樣便組成了一個完整的光伏發(fā)電體系[1]。光伏電站以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢，已經(jīng)獲得我國的大力支持和推廣。光伏電站主要包括并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及獨立發(fā)電系統(tǒng)，兩者之間的差別為是否帶有蓄電池。光伏發(fā)電的產(chǎn)品目前被應(yīng)用在以下三個方面：第一種是給沒有電能的地方供給電能；第二種是用于人們生活中的產(chǎn)品，例如太陽能電燈、太陽能充電器等；第三種是進行并發(fā)發(fā)電，這在我國暫時還沒有得到大范圍的普及應(yīng)用，但在發(fā)達國家已被成熟應(yīng)用。光伏電站示意圖如下圖1所示。

3 大型光伏電站電氣設(shè)計主要技術(shù)分析

3.1 逆變系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

通常情況下，光伏并網(wǎng)變電器的設(shè)計會用到逆變系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)，變電器是整個系統(tǒng)中十分重要的使用設(shè)備，逆變系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)可以實現(xiàn)的功能是：把光伏組件體系生產(chǎn)出來的直流電能向交流電能所轉(zhuǎn)變，這樣可以有效提升光伏并網(wǎng)的介入效率，提高光能利用率。

3.2 升壓系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

進行光伏電站設(shè)計時，需要根據(jù)光伏系統(tǒng)的真正情況，來進行分級處理，設(shè)計人員通常會將其分類為多級升壓系統(tǒng)或者一級升壓系統(tǒng)。通常情況下，一級升壓設(shè)計技術(shù)是被用于分布式光伏系統(tǒng)，多級升壓設(shè)計技術(shù)會被用于大型光伏電站當(dāng)中。

3.3 接地系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)

電網(wǎng)系統(tǒng)和光伏電站之間相互聯(lián)系的紐帶便是接地系統(tǒng)的設(shè)計，接地系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)具有很強的專業(yè)性，需要相關(guān)部門的審批或是專業(yè)技術(shù)部門才可以進行操作。

4 大型光伏電站電氣設(shè)計分析

4.1 電氣主接線并網(wǎng)型

光伏電站的集電線路方案一般采用每個發(fā)電單元分別接入35kV配電裝置的方案。該方案簡單清晰、安全可靠、運行靈活、便于維護管理。站用電并網(wǎng)型光伏電站一般設(shè)置兩臺站用變壓器，一臺工作變壓器由市電電源引接，另一臺備用變壓器由發(fā)電廠內(nèi)的高壓配電裝置引接[3]。站用變壓器一般主要為控制周邊負荷供電，不為就地逆變站的負荷供電。由于目前國內(nèi)光伏發(fā)電的電價比當(dāng)?shù)剞r(nóng)電或市電價格高，在實際運行中，通常將引接在施工電源的變壓器作為工作變壓器使用，以降低運行成本。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)

光伏發(fā)電站中，可靠性是我們對于監(jiān)控系統(tǒng)最重視的性能。我們通常選用光纖作為大型光伏電站中監(jiān)控系統(tǒng)的使用，因為傳輸距離比較長，使用光纖可以避免電場等不良因素的干擾，能夠十分有效的保障監(jiān)控系統(tǒng)的各項性能。監(jiān)控環(huán)節(jié)應(yīng)該盡可能多的設(shè)置，這樣對于電站的可把控性更高。常常將監(jiān)控系統(tǒng)安裝在直流配電柜、光伏匯流箱、升壓變壓器、光伏逆變器、開關(guān)柜等位置。

4.3 光伏方陣的設(shè)計

光伏電池方陣設(shè)計要點：根據(jù)建筑光伏系統(tǒng)設(shè)計的容量和光伏組件的類型、規(guī)格、數(shù)量確定安裝位置和安裝方式；根據(jù)逆變器的額定直流電壓、最大功率跟蹤控制范圍、光伏組件的最大輸出工作電壓及其溫度系數(shù)，確定光伏組件的串聯(lián)數(shù)；根據(jù)逆變器容量及光伏組串的容量確定光伏方陣內(nèi)光伏組串的并聯(lián)數(shù)；同一組串內(nèi)，組件電性能參數(shù)宜盡可能一致，其最大工作電流Im的離散性應(yīng)小于±3%；光伏方陣應(yīng)高效利用太陽能的方位角和傾角方式安裝。

4.4 直流線路的選擇

耐壓等級應(yīng)高于光伏方陣最大輸出電壓的1.25倍；額定載流量應(yīng)高于過短路保護電器整定值；線路損耗在2%以內(nèi)；額定功率狀態(tài)下，線路電壓損失應(yīng)控制在3%。

4.5 設(shè)備配置

光伏系統(tǒng)中的設(shè)備和部件應(yīng)按照系統(tǒng)設(shè)計整體要求來選擇，其性能應(yīng)符合國家和行業(yè)的標(biāo)準，產(chǎn)品應(yīng)通過國家認證機構(gòu)的認證。設(shè)備配置如下：光伏組件選擇；光伏接線（匯流）箱；光伏配電柜（交、直流）；逆變器選擇；蓄電池及充電控制器（獨立系統(tǒng)）；光伏系統(tǒng)監(jiān)測裝置。

4.6 過電壓保護及接地

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，我們一般不在普通地區(qū)的發(fā)電廠的主控制室、主廠房以及配電裝置室位置安裝預(yù)防直擊雷的設(shè)備，但是若處于雷電發(fā)生十分頻繁的地域，這些位置我們通常會安裝防雷設(shè)備。所以，10kV配電裝置室、并網(wǎng)光伏發(fā)電廠主控制室這些位置不會遭遇直擊雷，可以不進行防雷設(shè)備的安裝。

4.7 光伏安裝容量選擇

對光伏安裝容量進行選擇具有很重要的作用，一方面，可以確保光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能被充分利用，另一方面，又會保護電網(wǎng)系統(tǒng)不會被損壞。選擇安裝容量時，應(yīng)該具體系統(tǒng)具體分析，在進行獨立系統(tǒng)安裝容量的選擇上，我們首要考量的是系統(tǒng)中的負荷情況，系統(tǒng)中所產(chǎn)生的電能恰好被使用是最佳狀態(tài)。我們通常將一天作為基礎(chǔ)，統(tǒng)計負載一天的用電情況，并且依據(jù)系統(tǒng)的產(chǎn)電特點以及系統(tǒng)中難以避免的電能損失，來計算系統(tǒng)產(chǎn)電數(shù)量，以此來選擇系統(tǒng)的安裝容量。對于并網(wǎng)系統(tǒng)來說，每個國家都有各自的安裝容量規(guī)定和限制。

5 結(jié)語

綜上所述，我國光伏并網(wǎng)裝備和關(guān)鍵技術(shù)逐漸被人們所重視，并且正在快速發(fā)展。電氣設(shè)計技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但是在系統(tǒng)造價方面還有一定的進步空間。相信隨著我們不斷的努力，加之科學(xué)技術(shù)的進步，我國光伏發(fā)電領(lǐng)域一定會取得更好的成果。

【參考文獻】

【1】曹子丕.大唐新能源光伏發(fā)電項目方案優(yōu)化研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

【2】葛慶.0.98MW并網(wǎng)光伏電站設(shè)計[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2016.

【3】明瑞.20MW光伏發(fā)電系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].湘潭：湖南科技大學(xué)，2016.endprint