大型太陽能光伏發電系統方案設計

張保云

大型太陽能光伏發電系統方案設計

張保云

我國能源結構是以煤為主，隨著國民經濟的快速發展，溫室氣體減排和能源安全問題已日益突出，面臨的壓力很大。另一方面，我國太陽能資源非常豐富，全國2/3以上地區的年平均日照數大于2000h、年平均輻射總量約為5900MJ/m2。因此，大型太陽能光伏電站的建設已成為國家溫室氣體減排和能源安全的必然需要。然而，太陽能光伏方陣占地面積大，光伏電池組件直流輸出電壓低，電能從最遠的方陣輸送至升壓站距離較遠損耗大。為了減少損耗，合理設計布置太陽能光伏場區系統很有必要，本文就大型太陽能光伏發電系統方案設計進行比較探討。

圖1　1MW集中式逆變器光伏方陣系統接線圖

光伏場區電氣設計范圍為從光伏電池組件直流輸出端至光伏場區35kV出線設計，包括光伏逆變器、防雷匯流箱、35kV升壓變壓器、場區35kV集電線路及接地等。其中逆變器的選擇分為集中式逆變器（簡稱：集中式方案）和組串式逆變器（簡稱：組串式方案）。目前，大型光伏發電站的系統設計主要按逆變器的分類分成這兩種，下面就對兩種方案進行比較和探討。

集中式方案

光伏電池組件直流輸出后通過直流防雷匯流箱匯流接入直流配電柜，直流配電柜再通過一回線路接入集中式逆變器逆變成交流電，交流電通過35kV現地升壓變引入35 kV集電線路送出。即用兩級升壓：光伏電池方陣發出的電能經逆變器逆變升壓，經現地箱式變壓器再升壓至35kV，采用35kV集電線路接入升壓站35kV側，1MWp晶硅光伏陣列發電主接線見圖1所示。

組串式方案

光伏電池組件直流輸出后通過方陣附近小型智能逆變器逆變升壓送出至交流防雷匯流箱，交流防雷匯流箱再接入交流配電柜，交流配電柜通過一回線路經35kV現地升壓變引入35kV集電線路送出。兩級升壓為：光伏電池方陣發出的電能經逆變器逆變，交流匯流箱匯流至現地箱式變壓器升壓至35kV，采用35kV集電線路接入升壓站35kV側，1.6MWp晶硅光伏陣列發電主接線見圖2所示。

兩種方案設備的特點分析

從系統接線圖可以看出，集中式方案接線順序是：匯流→匯流逆變→升壓變；組串式方案接線順序是：匯流逆變→匯流→升壓變。由于接線形式不一樣，設備選型、電纜數量及監控通訊方案也不一樣，下面就對容量均為20MW的兩個工程實例進行比較。

監控通訊方案比較

集中式方案監控配置：采用光纖線通信方式。每個光伏子方陣設置有一套數據采集器和光纖以太網交換機等網絡設備。集中式逆變器、箱變配套的測控裝置、直流防雷匯流箱均具有RS485通信接口并通過RS485口接入數據采集器、光纖以太網交換機，組成一套光伏方陣監控子系統。光纖環網組成光伏區域監控系統通過光纖接入當地升壓站監控系統中，實現在升壓站內對光伏區域設備的遠程監控。

組串式方案監控配置：采用無線通信方式。組串式逆變器和交流防雷匯流箱通過PLC電力載波通訊，將其電流、電壓及功率等信號傳輸至數據采集器，箱變通過RS485接口將信號傳輸至數據采集器。數據采集器對光伏發電系統中各設備進行接口匯聚、協議轉換、數據采集、數據存儲，將數據信號傳輸至無線數據終端，終端再將其傳輸至電站控制和業務中心，完成對光伏電站集中監控和集中維護等功能。

表1　主要設備選型比較

表2　線纜數量比較

圖2　1.6MW組串式逆變器光伏方陣系統接線圖

主要設備選型比較

從表1設備數量的比較可以看出：兩個方案的設備主要區別是逆變器的數量相差巨大及箱變的容量及數量的變化；35kV箱變因為逆變器容量不一樣，配置的數量與容量也不一樣。

線纜纜數量比較

從表2線纜數量的比較可以看出：兩個方案的設備主要區別是通訊線纜的差別，由于組串式方案采用的是無線通訊方式，大大的節省了網線及光纜，縮短電纜敷設工程量，可以加快工程進度，縮短整個光伏電站的施工工期，但是無線通訊的傳輸受地形及距離的影響，同時需要增加發射基站。

結束語

中大型太陽能光伏發電場系統設計中，較早應用的是集中式方案比較多，生產的集中式逆變器廠家主要是陽光電源、南車、特變電工等廠家。目前，組串式方案也在興起當中，生產組串式逆變器廠家主要是華為等廠家。工程中具體選用哪種接線方案需要綜合考慮設備造價、建設工期、網路傳輸能力等多方面因素。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.011