集中式光伏電站電網接入系統的典型設計論述

張哲

【摘要】本文主要分析了集中式光伏電站光伏方陣設計、電力系統一次部分和二次部分設計，重點介紹了集中式光伏電站電網接入系統典型設計方案，其不僅可以實現電網建設與光伏發電的和諧、有序發展，而且還可以確保太陽能資源的合理開發，滿足國家低碳經濟發展需求。通過對電網接入系統典型設計進行研究，以期為集中式光伏電站發展提供可靠保障，創造出最大化的經濟與社會效益。

【關鍵詞】集中式光伏電站;電網接入系統;設計方案

1.集中式光伏電站光伏方陣設計

1.1逆變器的選擇

在進行光伏方陣設計過程中，光伏并網逆變器主要涉及到集散式、集中式和組串式等3中。在集中式光伏電站中，一般會選擇集中式光伏并網逆變器，且電流通過光伏并網逆變器升壓變壓器后可以并入高壓電網。如今，在我國集中式光伏電站中，光伏并網逆變器常用的額定輸出功率一般為250、500、630kW。從電站運行維護和安全角度出發，本次研究中選擇的光伏并網逆變器單機容量為500kW，且具有相對比較成熟的技術指標。表1描述的是該光伏并網逆變器技術參數。

1.2光伏組件的選擇

在集中式光伏電站中，常見的光伏組件類型有單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件和薄膜光伏組件等。因為在單體組件功率、組件功率密度、發電效率等指標方面，多晶硅光伏組件存在明顯的技術優勢，因此在集中式光伏電站中得到了廣泛應用，尤其是270Wp多晶硅光伏組件，其不僅使用量較多，而且具有較高性價比。表1描述的是270Wp多晶硅光伏組件的技術參數。

1.3光伏方陣的設計

通常情況下，光伏方陣一般是指光伏組件以串、并聯的方式組合而成，并且串聯后的光伏組件，直流電壓需要低于光伏并網逆變器直流側所對應的額定輸入電壓。在光伏組件串、并聯后，其總容量需要低于單臺光伏并網逆變器所對應的最大允許功率。根據《光伏發電站設計規范》（GB 50797-2012），其要求光伏并網逆變器數量與光伏組件串、并聯數要相匹配，以此來提高光伏方陣的設計水平。

2.電力系統設計

2.1電力系統一次部分設計

2.1.1接入點分析

對于集中式光伏電站而言，其接入點一般需要對周邊規劃情況及電網現狀給予綜合考慮，在當地已建線路輸送能力符合光伏送出要求或負荷較高時，可以選擇就近接入周邊輸電線路或接入周邊變電站。

2.1.2接入電壓等級分析

在對《光伏發電站設計規范》進行分析的基礎上，按安裝容量可以將光伏發電系統分類如下：（1）小型光伏發電系統，其一般是指安裝容量≤1MWp;（2）中型光伏發電系統，其一般是指安裝容量≤30MWp，且>1MWp;（3）大型光伏發電系統，其一般是指安裝容量>30MWp。同時，結合國家電網公司頒布的《配電網規劃設計技術導則》（Q/GDW 738-2012）制定了電源并網電壓等級，具體如表3所示。因此，對集中式光伏電站而言，所選擇的接入電壓等級為35kV、66kV、110kV，并結合當地具體情況來給予相應調整。

2.1.3送出線路導線截面

由于集中式光伏電站具有相對較低的最大發電利用小時數，其一般會選擇以單回線路接入電網。因此，在進行送出線路導線截面選擇過程中，需要對長時間允許輸送容量給予綜合考慮，以確保該輸送容量超過光伏電站最大出力，該階段功率因數一般考慮0.98。此外，如果走廊資源較緊缺、送出線路較長且送出線路周邊有變電站規劃時，為了確保電網后續可以順利接入，則需要適當放大部分導線截面。

2.1.4對光伏電站運行要求

（1）功率和電壓。在集中式光伏電站正常停機、并網以及太陽能輻照度增長時，要求有功功率變化速率符合電力系統正常運行要求。同時，無功容量需要遵循分層分區基本平衡原則給予科學、合理的配置，進而符合檢修備用要求;（2）電能質量。集中式光伏電站主要負責向電網發送電能和向當地交流負載提供電能的質量，這就要求其電壓偏差、諧波、電壓不平衡度、電壓波動和閃變等滿足相關規范和標準;（3）其他。為了確保集中式光伏電站可以順利的接人電網，則需要滿足低電壓穿越要求，同時在低電壓穿越時，需要為光伏電站提供動態無功支撐，以此來滿足電網運行要求。

2.2電力系統二次部分設計

2.2.1調度自動化設計

集中式光伏電站需要按照要求配備電能量遠方終端設備、調度數據網絡接入設備、計算機監控系統以及二次系統安全防護設備等，同時要求符合電力二次系統設備技術要求。按電網調度自動化管理系統要求來確保遠動信息采集范圍，并按照規定要求接入信息量。通常情況下，集中式光伏電站調度管轄設備電源主要是由站內直流電源系統或不間斷電源裝置進行供電。

2.2.2繼電保護設計

對于集中式光伏電站而言，其送出線路一般按照要求配置了光纖電流差動保護，并選擇了專用光纖芯通道。同時，為了確保電網能夠穩定、高效運行，需要將獨立的防孤島保護裝置安裝在光伏電站側。

2.2.3通信設計

如果集中式光伏電站采用了110kV電壓等級接入電網時，其要求調度端具備兩路通信通道，并且涵蓋了一路光纜通道。同時，電力系統與光伏電站直接連接的數據通信網、光纖傳輸設備等通信設備，需要與系統接入端設備具備相同的協議與接口。

2.2.4電能計量設計

在進行集中式光伏電站設計過程中，一般會選擇在電網與光伏發電站的產權分界位置設置光伏電站電能計量點，并將計量關口的電量信息傳輸至電網調度機構。

3.集中式光伏電站電網接入系統的典型設計方案

3.1無功補償裝置

如果集中式光伏電站具有較大的裝機容量時，且并入低于110 kV電壓等級的光伏電站時，電站內的升壓變壓器、集電線路及外送線路均有可能出現無功損耗，此時需要按照光伏電站滿發時升壓變壓器感性無功容量、集電線路和光伏電站外送線路感性無功容量的50%之和來對光伏電站配置無功容量進行配置。為了補償升壓變壓器運行過程中所產生的無功損耗，則需要升壓站降低線路的電壓損失和功率損耗，并按照無功補償原則來選擇無功補償設備類型。通常情況下，動態無功補償裝置（SVG）一般是在IGBT逆變器上引入了可控電流源型補償裝置，其可以避免諧振及諧波放大等問題的發生，具有穩定性與安全性好等優點，且可以提供從感性到容性的平滑、動態、連續、快速的無功功率補償。

3.2短路電流計算

在進行短路電流計算過程中，其主要目的是降低短路電流對設備和電網產生的不利影響。通常情況下，按短路電流有效值來對隔離開關、斷路器等高壓設備的動、熱穩定性進行校驗，根據短路電流來對電氣主接線、限流措施及電網運行方式進行計算。實際上，額定短路開斷電流是隔離開關、斷路器允許開斷的最大短路電流，此時最好結合實際情況和高壓設備標準參數來確定典型設計方案中不同等級接入電壓所對應的額定短路開斷電流，如表4所示。

3.3電網接入系統典型設計方案

集中式光伏發電系統一般是由多個1MW光伏發電單元組合而成的1路集電線路，并與35kV開關站或10kV開關站連接。同時，開關站由1-10路不等的集電線路組合而成，其中每路集電線路的開關站容量為1-100MW，容量為1-10MW。同時，電網接入系統需要結合光伏電站設備選型、總裝機容量和當地電網特點來確定接入電壓等級。

4.結束語

綜上所述，對于集中式光伏電站而言，電網接入系統屬于其中比較重要的組成部分，此時就需要在集中式光伏電站光伏方陣設計、電力系統設計的基礎上，結合實際情況來進行無功補償裝置、短路電流計算，這樣不僅可以使當前集中式光伏電站設計、建設階段所存在的問題得到有效解決，而且還可以滿足安全、可靠、綠色、清潔電力能源發展需求，進而更好的推動我國光伏行業的發展。

參考文獻：

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