大型村級光伏電站電氣設計與分析

楊福東

摘要：當前，我國的光伏行業發展十分的明顯，很多光伏電站建設的規模都有了非常顯著的提升，光伏電站在運行的過程中具有非常強的系統性，每個環節都是不容忽視的，所以要想更好的保證光伏電站運行的質量，就必須要對系統的設計予以高度的重視。本文主要分析了光伏電站電氣設計技術，以供參考和借鑒。

關鍵詞：光伏系統;逆變系統;光伏組件;監控系統

1太陽電池組件和逆變器的設計

1.1太陽電池組件的選型

第一是晶體硅太陽電池，優點是成熟穩定、安全可靠，而且應用的范圍較為廣泛。晶體硅電池包括單晶硅和多晶硅電池，價格合理，效率較高。而晶體硅的缺點是，在光照和大氣環境下，電池會出現能量衰竭的情況。第二是薄膜太陽電池，優點是高效低廉，性能穩定，缺點是原料稀缺，對大規模生產產生制約。第三是非晶硅太陽電池，優點是在弱光下，性能仍然較好，缺點是電池轉換的效率較低。綜合上述三種電池類型，我國選擇較多的是晶體硅太陽電池組件。

1.2逆變器的選型

第一是集中式逆變器，其優點是效率較高，成本較低，大型的集中逆變器可以聯網，減少輸電損耗，提高發電效率。第二是組串式逆變器，其優點是增加了發電量，減少陽光陰影帶來的損失。第三是組件式逆變器，優點是應用范圍比較大，缺點是銘牌容量較小。綜合上述三種逆變器類型，我國市場上應用最多的集中型逆變器。

2光伏陣列布置方案設計

2.1逆變器布置方案

第一種方案是采用1MW逆變器單元，與兩個500kWp太陽電池方陣相連，形成一個1MWp的光伏子方陣。兩個500kWp的太陽電池方陣經過匯流箱，與2×500kW的逆變器相連，可以實現對光伏陣列的布置。第二種方案是采用500kW的逆變器，與一個500kWp的太陽電池組件相連，輸出35kV的交流電。500kW的太陽電池方陣經過匯流箱，和500kW的逆變器相連接，最終可以構成0.5MWp光伏的光伏子方陣。將兩種方案進行對比，可以發現二者具有不同的優缺點：第一種方案便于安裝和管理，發生故障的幾率較小，經濟效益較好，但是線損比較高。第二種方案便于布置，線損比較低，但是故障發生的幾率較大，經濟效益較低。因此，在光伏電站電氣設計的應用中，一般采用第一種方案。

2.2光伏陣列分層結構

首先，光伏陣列的分層結構包括光伏發電單元系統。將一定容量的太陽電池方陣，和一臺匹配太陽電池方陣容量的逆變器連接，二者所構成的發電系統，可以稱為光伏發電的單元系統。其次，光伏陣列的分層結構包括光伏發電分系統。將一臺箱式的升壓變壓器和另一臺逆變器相連接，二者所構成的發電

系統被稱為光伏發電的分系統。再次，光伏陣列的分層結構包括光伏電站。將許多臺箱式變壓器相互連接，在接入電網之后所形成的發電系統被稱為光伏電站。在光伏電站中，一般采用500kW的逆變器和315V/35kV的箱式升壓變壓器，以滿足光伏電站的發電需要。

2.3光伏陣列電氣系統

首先，光伏陣列電氣系統包括直流發電系統。光伏陣列直流發電系統中，有太陽電池組件、匯流箱、逆變器和配電柜等等，在發電的過程中，太陽電池組件經過光伏作用，把太陽能轉化成為電能。在轉換電能時，一般采用多晶硅太陽電池組件構成的太陽電池陣列。其次，光伏陣列電氣系統包括交流輸出系統。光伏陣列交流輸出系統中，有電纜、開關柜等等，逆變器采用了最大功率跟蹤的技術，可以實現直流電轉換成交流電的效率最大化，使輸出的電能符合電網的需求。在轉換電能的過程中，控制器和外部的傳感器連接，動態監測外部的日常環境和光伏陣列的運行情況，保證光伏陣列的正常運行。光伏陣列和發電分系統之間沒有直接的電氣聯系，這樣一來，當光伏發電的分系統出現問題，光伏陣列并不會出現運行停止的狀況，方便檢修人員對光伏發電分系統進行維護的檢查。在光伏組件的選擇上，可以減少光伏組件的塊數，進而減少光伏電纜的數量，將工程投入成本限制在一定的范圍之內，提高分系統的發電效率。

3電氣系統設計

3.1集電線路一次系統設計

3.1.1確定集電線路的初步方案

首先，應該確定集電線路的初步方案。在光伏陣列的選件上，可以選用容量為1000kVA的變壓器，將逆變器的輸出電壓升到35kV，然后將電流匯流到開關站的母線。200MWp光伏陣列的每個分陣，都可以采用首尾串接的方式并入電線路。在箱變高壓測，應該設置高壓負荷開關，避免一個方陣的分合對其他方陣的正常運行產生不利影響。

3.1.2對35kV的開關站進行電器計算

其次，應該對35kV的開關站進行電器計算。開關站一般布置在地勢較為平緩的地段，如光線較少遮擋的山頂，這樣可以減少土方量，便于線路的接入。在選擇電氣主接線時，應該分為低壓站用電壓和高壓站用電壓兩級電壓，經過兩回集電線路匯集電能之后，將電能發送到35kV的開關站，然后再通過35kV的單回架空出線接入變電站。在35kV系統中，主要采用單母線主接線方式，母線是由一次性建成的，在母線上面設有六面柜，分別是架空出線柜、電纜進線柜、無功補償饋線柜、變壓器出線柜和母線PT柜，這六個柜分別步驟在母線的六面。在計算35kV側電容電流計算時，已經集電線路電纜總長度，按照集電線路側電網單相接地的電容電流計算公式，可以得到Ic=0.1×UexL，帶入數字計算，可以求出Ic的值。在選擇35kV的測消弧線圈和接地站用變容量時，需要計算消弧線圈的容量，和接地兼站用變壓器的容量。按照設計的手冊，在計算容量之后應該采用站用接地變成套裝置，布置在接地變及消弧線圈的間隔內。

3.2電氣一次設備選型

3.2.135kV配電裝置選擇

在進行35kV配電裝置選擇的過程中，應當考慮開關站的海拔高度，和場地的污穢等級。在評估地理位置的要素時，要選用固定式的開關柜，固定式的開關柜和移動式的開關柜具有各自的優點。以固定式的開關柜為例，它的造價較低，修正方便，而且維護空間較大，但是更換頻率較低。以移動式的開關柜為例，它的體積較小，重量很輕，而且外表美觀，但是容易發生失靈等問題，增加維護人員的工作量[3]。

3.2.2其他設備技術參數

開關柜的技術參數包括以下幾個指標：額定電壓、頻率、電流、短路開斷電流、短路關合電流、動穩定電流、熱穩定電流和外殼防護等級。斷路器的技術參數要綜合考量如下指標：耐受電壓、短路開斷電流、短時耐受電流、峰值耐受電流等等。隔離開關要考量的技術參數包括：短時工頻耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓、短時耐受電流、接地開關額定短路關合電流、峰值耐受電流等等。

3.3電氣二次系統設計

3.3.1NCS

首先，在電氣二次系統設計時，應當設置一個監控系統NCS，對光伏系統發電的運行狀況進行動態監測和在線分析，對光伏電站的發電能力進行科學評估。NCS包括站控層和間隔層，在站控層失去效用時，間隔曾仍然能進行獨立工作。光伏電站的NCS監控范圍包括太陽電池方陣、逆變器和開關站配電裝置等系統，具體功能有監視、控制、報警和保護等。

3.3.2安全自動裝置和UPS系統

其次，在電氣二次系統設計時，應該采用安全自動裝置和UPS系統。安全自動裝置要對35kV架空送出線路、電纜集電線路進行保護，UPS系統指的是交流不停電系統，可以為蓄電池浮充電等不停電負荷提供不間斷的供電。

結束語

當前，我國的電網建設水平有了非常顯著的提升，我國電力部門對光伏工程也十分的重視，很多光伏工程設計的規范和要求在工程中都得到了應用，這也使得我國的光伏系統設計的質量和水平都得到了十分顯著的提升，電氣設計水平提高的非常的明顯，相信在以后的發展中，這一技術一定會得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]陳慧玲.淺談獨立光伏電站防雷與接地裝置[J].青海科技，2015（03）.

[2]趙偉偉，安文.光伏電站項目后評價指標體系分析[J].電子測試.2016（12）.