大型光伏電站電氣設計與分析

劉海濤

摘要：經濟的發展，促進社會對電力的需求也逐漸增加，這有效地推動了電力企業的發展。光伏發電以其明顯的優勢被廣泛關注，大范圍的光伏電站建立起來。但是僅僅規模龐大的電站建設并不是我們真正追求的，只有整個領域得到長足發展、實現真正的經濟收益才是我們的目的。因此，電氣設計作為電站建設中的重要一環，我們應給以足夠的關注。本文就大型光伏電站電氣設計展開探討。

關鍵詞：大型;光伏電站;電氣設計

引言

近年來，在國家節能減排的號召下，各行業均在攻堅克難的減少碳排放量，保護環境。伴隨補貼大幅縮水，投資成本降低，新形勢下，如何設計適應我國新形勢并網光伏電站成為我們設計工程師深究的課題。

1國內外現狀

有資料表明到2050年，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到300GW，占總電力裝機的27%。預計到2030年美國國內50%的居民用電來自太陽能，相當于l00GW裝機容量。我國光伏產業在近幾年發展得非常迅猛，組件產量全球份額過半，光伏發電工程如雨后春筍般遍地丌花。2015年我國明確了今后能源發展的總體方略、行動綱領和行動計劃。計劃到2020年，非化石能源占一次能源消費比重達到15%，天然氣比重達到10%以上，煤炭消費比重控制在62%以內。加快發展太陽能發電勢在必行，有資料表明，我國計劃到2020年光伏裝機累計達到150GW，其中地面電站70GW，分布式80GW。在這種情況下，完善和提高我國光伏電站的設計水平，己成為光伏電站要進一步發展的大形勢下的一個迫切的需求。

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備通常有逆變器、晶硅板等特殊材料，光伏電站和電網進行連接，同時將電能傳輸給相連的電網，這樣便組成了一個完整的光伏發電體系。光伏電站以其節能環保的優勢，已經獲得我國的大力支持和推廣。光伏電站主要包括并網發電系統以及獨立發電系統，兩者之間的差別為是否帶有蓄電池。光伏發電的產品目前被應用在以下三個方面：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品，例如太陽能電燈、太陽能充電器等;第三種是進行并發發電，這在我國暫時還沒有得到大范圍的普及應用，但在發達國家已被成熟應用。

3太陽能資源

太陽能光伏發電系統是由蓄電池、光伏電池、交直流逆變器、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，太陽能光伏發電作為一種新興的可再生能源而受到廣泛關注。控制器等部件構成的。蓄電池用于存儲從光伏電池轉換來的電力，光伏電池用于光電轉換，交直流逆變器用于交直流轉換，最大限度地把光伏電池轉換的電能送入電網。控制器用于控制整個系統的全過程。相較于生物質能發電和風力發電，光伏發電沒有噪音，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，具有利用太陽能進行光伏發電的優越條件。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：一類地區為太陽能資源最豐富地區，二類地區為太陽能資源較豐富地區，三類地區為太陽能資源中等類型地區，四類地區為太陽能資源較差地區，五類地區為太陽能資源最少地區。

4主要設備選擇

4.1光伏逆變器

光伏逆變器是光伏并網發電系統的技術核心，決定系統整體方案的設計決定系統整體壽命的長短決定系統整體效率的高低決定系統故障率的高低決定系統智能化的高低。根據光伏逆變器與系統連接方式分類：（1）集中型逆變器（單機功率≥100Kw）;（2）組串型逆變器（分單相和三相輸出，單機功率≤30kW）;3）微型逆變器（與單件組件配合使用，單機功率≤350W）。

4.2光伏系統配置

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

4.3光伏匯流箱

方陣連接盒是連接太陽電池方陣和逆變器專用器件，主要功能有太陽電池過載保護、雷擊保護、過壓保護、多路太陽能方陣并聯等功能。在設計選型時，重點要求箱體結構、光伏組串過流保護、防雷、通信、顯示功能、外殼防護等級、安全、浪涌、環境要求、溫升等十個方面的因素。

5光伏電站電氣設計

5.1電氣主接線并網型

光伏電站的集電線路方案一般采用每個發電單元分別接入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。站用電并網型光伏電站一般設置兩臺站用變壓器，一臺工作變壓器由市電電源引接，另一臺備用變壓器由發電廠內的高壓配電裝置引接。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。由于目前國內光伏發電的電價比當地農電或市電價格高，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。

5.2接地系統

光伏電站接地系統應滿足《光伏發電站設計規范》（GB50797-2012）光伏方陣接地系統要求，光伏方陣接地應連續、可靠，接地電阻不大于4Ω。經電氣計算、經濟技術比較及方案論證，對于荒山光伏電站接地系統研究出一套集約型接地系統設計方案。集約型接地系統設計方案主要由水平接地系統、垂直接地系統以及自然接地系統，根據現場施工難度，考慮光伏電站特性，光伏電站主接地網采用外圈閉合直埋方式，接地主網路徑與主要電纜通道結合，采用同溝敷設方式，支架之間采用明敷熱鍍鋅扁鋼直接相連方式，整個場區構成一個完整的接地網絡。集約型接地系統設計方案是一種即能滿足光伏電站接地功能，又能減少施工工程量，減少對環境的破壞，很大程度上降低了工程投資，主要有以下優勢：（1）投資低;（2）施工速度快;（3）環境破壞小;（4）負責地形調整靈活。

5.3光伏方陣的設計

光伏電池方陣設計要點：根據建筑光伏系統設計的容量和光伏組件的類型、規格、數量確定安裝位置和安裝方式;根據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，確定光伏組件的串聯數;根據逆變器容量及光伏組串的容量確定光伏方陣內光伏組串的并聯數;同一組串內，組件電性能參數宜盡可能一致，其最大工作電流Im的離散性應小于±3%;光伏方陣應高效利用太陽能的方位角和傾角方式安裝。

5.4預裝式變電站的選擇

預裝式變電站是將變壓器、多回路高壓開關系統、無功補償裝置、絕緣母線、繼電保護和變電站綜合自動化系統、電能計量及狀態監測、視頻安防等電氣一次、二次設備，按照系統性、安全性、可靠性、易維護、一體化的原則安裝在一個全封閉框架式鋼結構箱體內，是集設計、制造、安裝、調試和服務于一體的交鑰匙型變電站產品。實現由傳統建設一座變電站向購買一座變電站的跨越。預裝式變電站特點如下：（1）節省土地、減少維護成本。集成變電站占地僅為常規電站的2/3，節省了大量土地資源。（2）工廠預制化、建設周期短。周期由原來4-5個月，縮短到2-3個月。（3）環保。全封閉鋼結構設計，大大降低了變電站對外部的電磁污染，在運行過程中噪音明顯下降，且在光伏電站25年壽命期后回收可利用率高達95%。

結語

綜上所述，我國光伏并網裝備和關鍵技術逐漸被人們所重視，并且正在快速發展。電氣設計技術已經十分成熟，但是在系統造價方面還有一定的進步空間。相信隨著我們不斷的努力，加之科學技術的進步，我國光伏發電領域一定會取得更好的成果。

參考文獻

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