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      大型光伏電站電氣設(shè)計與分析

      2020-07-21 02:35:16喬麗麗
      黑龍江科學(xué) 2020年14期
      關(guān)鍵詞:集電電氣設(shè)計接線

      喬麗麗

      (特變電工沈陽電力勘測設(shè)計有限公司,沈陽110025)

      1 國內(nèi)外光伏發(fā)展現(xiàn)狀

      近年來,國際上對太陽能的利用,無論是理論研究還是應(yīng)用研究都取得了不小的進(jìn)步,各國都將太陽能發(fā)電作為重點研究項目。據(jù)統(tǒng)計,到2050年,歐洲能源供給的100%將來自可再生能源,歐洲總電力裝機將達(dá)到1956 GW,其中PV裝機將達(dá)到962 GW。美國電力供給的80%將來自可再生能源,其中光伏總裝機將達(dá)300 GW。到2030年,日本全國一半以上的居民用電都來自太陽能,電力裝機容量快速增長。在光伏產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展背景下,逆變器的技術(shù)水平也在不斷提升。在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中,逆變器是最為核心的部件之一,它具有完善的并網(wǎng)保護(hù)功能,對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行起到了積極的促進(jìn)作用。從目前來看,相較于國內(nèi),國外制造的逆變器效率更高,容量更大。

      我國光伏發(fā)電的國內(nèi)市場已被啟動,但在實施過程中卻舉步維艱。由于我國光伏發(fā)電站建設(shè)起步相對較晚,所以逆變器制造技術(shù)過于落后。很多設(shè)計單位不愿意將大量精力投入到光伏電站的設(shè)計上,因為光伏電站的投入成本與利潤不成正比。為了幫助光伏產(chǎn)業(yè)渡過難關(guān),政府相關(guān)部門應(yīng)建立健全政策支持和管理體系,不斷提高國內(nèi)光伏電站的設(shè)計水平,將太陽能光伏電池的發(fā)電性能充分發(fā)揮出來,從根本上解決能源消耗問題。

      2 太陽能資源

      太陽能是世界上最為豐富的永久能源,在能源問題日益凸顯的今天,太陽能光伏發(fā)電作為一種新興的可再生能源而受到廣泛關(guān)注。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由蓄電池、光伏電池、交直流逆變器、控制器等部件構(gòu)成的。蓄電池用于存儲從光伏電池轉(zhuǎn)換來的電力,光伏電池用于光電轉(zhuǎn)換,交直流逆變器用于交直流轉(zhuǎn)換,最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)。控制器用于控制整個系統(tǒng)的全過程。相較于生物質(zhì)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電,光伏發(fā)電沒有噪音,沒有枯竭危險,安全可靠,絕對干凈。我國是太陽能資源相對豐富的國家,具有利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電的優(yōu)越條件。按照接受太陽能輻射量的大小,我國大致上可分為以下五類地區(qū):一類地區(qū)為太陽能資源最豐富地區(qū),二類地區(qū)為太陽能資源較豐富地區(qū),三類地區(qū)為太陽能資源中等類型地區(qū),四類地區(qū)為太陽能資源較差地區(qū),五類地區(qū)為太陽能資源最少地區(qū),具體如表1所示。

      表1 我國太陽能資源分布表Fig.1 Distribution list of solar energy resources in China

      3 主要設(shè)備選擇

      光伏電站電氣系統(tǒng)主要包括高壓配電裝置、通信裝置、就地升壓變、無功補償裝置、繼電保護(hù)裝置、站用電裝置、主變壓器、逆變器、低壓配電裝置、匯流箱、集電線路。本研究具體分析光伏組件、逆變器和匯流箱。

      光伏組件。由于硅材料成本低,其已成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料。太陽能光伏硅材料通常分為以下三種:多晶硅、單晶硅、非晶硅薄膜。被光伏產(chǎn)業(yè)廣泛應(yīng)用的是多晶硅和單晶硅,非晶硅薄膜幾乎處于停滯狀態(tài)。但今后一段時間,這三類硅材料都將是光伏產(chǎn)業(yè)主要的原材料來源,具體如表2所示。

      表2 多晶硅、單晶硅、非晶硅薄膜三類硅材料的太陽能技術(shù)性能Fig.2 Solar energy technical characteristic of three types of silicon material, including polycrystalline silicon, monocrystalline silicon and amorphous silicon membrane

      逆變器。作為一種新興的轉(zhuǎn)換器,是太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備。逆變器的效率直接關(guān)系到系統(tǒng)的發(fā)電量。光伏逆變器按運行方式可分為光伏并網(wǎng)逆變器和獨立運行的光伏逆變器兩大類。光伏逆變器按系統(tǒng)連接方式可分為微型逆變器、組串型逆變器以及集中型逆變器三大類。光伏逆變器按用途可分為微網(wǎng)儲能逆變器、離網(wǎng)逆變器以及并網(wǎng)逆變器三大類。

      匯流箱。作為一種接線裝置,它不僅能夠保證光伏組件有序連接,還能夠保證匯流功能的接線。方陣連接盒包括過壓保護(hù)功能、雷擊保護(hù)功能、多路太陽能方陣并聯(lián)功能以及太陽能電池過載保護(hù)功能。在設(shè)計選型時,要重點考慮溫升、顯示功能、安全、通信、浪涌、光伏組串過流保護(hù)、箱體結(jié)構(gòu)、防雷、外殼防護(hù)等級因素。

      光伏系統(tǒng)配置。要使光伏系統(tǒng)設(shè)計更加科學(xué)合理,必須充分考慮以下因素:組串設(shè)計、最佳傾角設(shè)計、組件性能、影響因素、光伏組件安裝方式、前后排間距計算。

      4 光伏電站電氣設(shè)計

      光伏電站電氣設(shè)計主要包括地升壓變、光伏電站發(fā)電單元、光伏電站集電線路接線方式以及升壓站主接線方式的連接。合理選擇主接線方案能夠切實提升電站運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性。由于光伏電站集電線路的造價比重較大,所以在設(shè)計光伏電站集電線路時應(yīng)科學(xué)選擇集電線路電壓等級和發(fā)電單元分組連接方式。電壓等級一般會選擇10 kV和35 kV。發(fā)電單元分組連接方式一般包括鏈形、環(huán)形、星形。從度電成本看,光伏投資的投資性不高,這在一定程度上阻礙了光伏發(fā)電的進(jìn)一步發(fā)展。應(yīng)在設(shè)計系統(tǒng)時對成本進(jìn)行合理控制,提高光伏發(fā)電的市場競爭力。進(jìn)出線回路數(shù)及其接線方式會隨著各側(cè)所接的系統(tǒng)情況發(fā)生變化。選擇電氣主接線時,應(yīng)充分考慮操作簡便性、運行靈活性、供電可靠性等。光伏逆變器和光伏組件是光伏電站電氣設(shè)計時的重點選型設(shè)備,需要認(rèn)真計算和分析光伏電站主接線方案。

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