分布式光伏電站設計中的電氣設計技術分析

鄔邦發

（德京集團有限公司，福建 寧德 352100）

0 引言

隨著能源供給方式和結構轉型，分布式光伏電站成為可持續發展能源的一個重要形式。電氣設計是分布式光伏電站建設中至關重要的環節。對于電氣設計而言，準確的技術分析和總結能夠為分布式光伏電站的建設提供技術保障，提高發電能力和電網并網能力，降低建設成本和運行維護成本，為可持續能源的發展作出貢獻。然而，目前分布式光伏電站的電氣設計技術和系統構建技術仍存在諸多挑戰和難點，如何有效降低發電成本、提高電網接入并網功率、保障電站安全運行等方面，這些問題都須要相關人員進行認真思考和深入研究。

1 絕緣協調技術

絕緣協調技術是分布式光伏電站中非常重要的電氣設計技術之一。它是指在電力系統中，保證電氣設備與電源之間的電氣安全和穩定性的一項技術。在分布式光伏電站的設計中，采用絕緣協調技術可以避免電氣設備之間的相互干擾，提高電氣設備的使用壽命并保障電站的安全運行。

1.1 絕緣電阻檢測

絕緣電阻檢測是檢測電氣設備絕緣狀況的一種方法。在分布式光伏電站的設計中，應當進行定期的絕緣電阻檢測，確定各電氣設備的絕緣狀況是否達到設計標準。如果絕緣電阻過低，可能導致電氣設備產生漏電現象，影響電站的安全運行。因此，絕緣電阻檢測對于保證電氣設備穩定運行和電站的安全至關重要。

1.2 電纜的協調

電纜的協調是指電纜之間的絕緣層應該能夠相互協調，相互之間均不發生電暈、放電和擊穿現象。為此，須要采用正確的電纜絕緣材料，且在電纜敷設時注意絕緣間距。電線電纜敷設時，絕緣間距的大小直接影響到電線電纜之間的耗電量和電氣設備的使用壽命[1]。

1.3 開關設備的協調

在分布式光伏電站的設計中，采用正確的開關設備對于保障電站的電氣安全和穩定運行至關重要。開關設備應當在極短的時間內斷開電路并且不會發生電暈、放電和擊穿現象，避免電氣設備損壞和人身安全風險。因此，在分布式光伏電站的設計中，應當選擇耐壓性能好、操作可靠的開關設備，并進行必要的協調設計。

1.4 保護裝置協調

保護裝置是電力系統中重要的電氣設備，對于保障電站的安全運行起到至關重要的作用。在分布式光伏電站的設計中，應當根據實際情況選擇合適的保護裝置，并進行無誤操作的協調設計，確保保護裝置能夠在故障發生時及時地保護電氣設備和工作人員的安全。絕緣協調技術在分布式光伏電站的電氣設計中扮演著重要的角色。它可以幫助電氣工程師設計出安全可靠、穩定運行的電站。同時，在日常維護中，也要注重保持各電氣設備的絕緣狀況和切實維護電站的安全。

2 并網保護技術

光伏電站的并網保護技術涉及多個方面，須要在設計之初充分考慮各種電氣隱患和電力質量問題，合理地配置保護措施，從而確保電站的穩定運行。

2.1 反孤島

反孤島分析是指在電網停電或故障時，確保電站立即斷開與電網的并聯，避免電站形成“孤島”，從而保障電網的安全穩定運行。反孤島分析技術的實施須要利用先進的電力系統監測設備，包括電壓、電流、功率、頻率等參數的測量和記錄設備。借助這些設備，可以對電網的狀態進行實時監測，并及時識別出電網停電、故障等異常情況。當電站檢測到異常時，它必須立即啟動反孤島分析技術，自主斷開與電網的并聯，避免形成“孤島”，以確保電站的穩定運行，并從根本上保障電網的穩定和安全。

2.2 防孤島

在光伏電站設計中，為了確保電網的穩定性和安全性，在并網保護技術中須要采用防孤島分析技術。防孤島分析技術可以有效避免因電力系統出現故障而導致的孤島現象，使得電網保持穩定狀態。在防孤島分析技術中，須要對電力系統進行模擬和仿真，確定孤島現象的可能性和危險程度，并采取相應的保護措施。

2.3 故障解列裝置

故障解列裝置是光伏電站設計中的一項關鍵技術，其作用是在電網發生故障時快速切斷故障電路，保護發電機和電網設備的安全運行。故障解列裝置包括故障檢測、位置定位、決策分析和切斷電路等功能。在故障解列裝置的設計中須要考慮多種故障模式和可能的故障類型，并根據不同的故障類型采取不同的保護策略。同時，還須要考慮裝置的速度和可靠性，以確保在故障發生時能夠快速響應和切斷故障電路，避免電網更大范圍的損失[2]。基于并網保護技術的運用解決的故障類型如表1所示。

表1 并網保護技術故障檢測與處理表

3 電纜布線設計技術

分布式光伏電站建設中，電纜布線設計是非常重要的一環。電纜布線不僅關系到電站發電效率和安全性，還關系到電站的維護難度和成本。因此，了解電纜布線設計技術是很有必要的。電纜選型是電纜布線設計的重要環節。在選型時，應首先考慮電纜的電壓等級、截面積和材料等因素。電纜的電壓等級要符合電站的負荷電壓要求，電纜截面積要滿足電流載荷要求，電纜材料要耐高溫，耐磨損、防腐、防水等性能。

3.1 布線方案設計

根據電站的實際情況，布線方案設計包括電纜搭配、布線路線、電纜敷設方式等。電纜的搭配根據實際情況來確定，例如將直流電纜和交流電纜分離，避免串擾和干擾。布線路線設計時應考慮到電纜長度、電纜徑路的多少和長度等因素。電纜敷設方式包括架空敷設、電纜槽道敷設等多種方式，應根據實際情況進行選擇。

3.2 保護措施

在電纜布線設計中，保護措施也是非常重要的。保護措施包括電纜的保護措施和人員的保護措施。電纜的保護措施包括電纜護套和絕緣層的保護，防止電纜受到機械損壞和化學腐蝕。人員保護措施包括將電纜埋入地下、設置防護欄桿和安裝標志等。

3.3 節能措施

在電纜布線設計中，節能措施也是一個重要的方面。節能措施可以減少電線電纜的損耗和浪費，進而提高電站的發電效率。節能措施包括增加電流密度、減小電纜長度、增加絕緣層厚度和選用低能耗的電線電纜等。可見，電纜布線設計是分布式光伏電站建設中不可缺少的環節，應當根據實際情況進行選擇和設計。應選用合適的電纜材料、設計合理的布線方案、加強保護措施和采用節能措施，為電站的發電效率和安全性提供保障。

4 變壓器設計

隨著光伏發電技術的不斷發展，分布式光伏電站越來越受到人們的關注。在分布式光伏電站的設計中，變壓器起著至關重要的作用，設計合理的變壓器能夠有效地提高光伏電站的發電效率和電網連接的穩定性[3]。分布式光伏電站是通過多個光伏組件將太陽能轉換為電能，然后通過變壓器進行電壓升降后接入電網進行供電。變壓器具有電壓升降、電能傳輸、功率轉換等功能，是將發電電壓升高到電網運行電壓或將電網運行電壓降低到負載電壓的必要設備。同時，變壓器能夠將交流電的電壓和電流進行調整，以滿足不同電力需求。

溫度控制。變壓器的散熱效果對于其發揮性能至關重要。在分布式光伏電站設計中，應根據光伏發電機組的功率、運行環境、負載情況等因素，選擇合適的變壓器型號和容量，并合理規劃變壓器的散熱設置，以確保其正常工作。

電流控制。在光伏發電過程中，由于其電壓和電流的波動可能會對電網造成影響，因此須要通過變壓器進行電流的調節，使光伏電站電流輸出穩定。同時，變壓器也能夠實現電力傳輸效率的提升。

5 逆變器設計

隨著分布式光伏電站的逐漸流行，逆變器在其中扮演著一個重要的角色。逆變器主要是將直流電能轉換成交流電能，以滿足電網對電能的要求。因此，逆變器的設計技術對于分布式光伏電站的性能和效率具有至關重要的影響。通過分析分布式光伏電站中的逆變器設計技術應用，從而更好地理解逆變器的設計和應用。

5.1 MPPT 技術

MPPT 技術是逆變器中的關鍵技術之一。MPPT是最大功率點追蹤的縮寫，可以實現在不同光照條件下，光伏電池板系統輸出功率的最大化。因此，逆變器須要具備良好的MPPT 技術，才能最大限度地提升光伏電站的能量利用效率[4]。

5.2 效率提升技術

逆變器的效率直接決定了光伏電站的效率。因此，逆變器設計中必須注重如何提升其效率。目前，主要的提升技術包括光伏電流注入、反通斷續技術、封閉式換流技術等。這些技術的應用都能有效提升逆變器的效率，進而提高光伏電站的總體效率。

5.3 基于多級拓撲結構的設計

隨著科技的發展，多級拓撲結構在逆變器設計中得到了廣泛的應用。多級拓撲結構中大大減少了逆變器中電子器件的壓力，有助于提高電子器件的壽命和穩定性，進而提高逆變器的總體性能。因此，逆變器設計中的多級拓撲結構也是一個重要的技術。

5.4 多種保護措施的應用

逆變器在安全性方面也是一個非常關鍵的問題。因此，在逆變器設計中有必要考慮多種保護措施的應用。目前，主要的保護措施包括具備防孤島保護、低電壓穿越、直流反接保護、交流短路保護、漏電流保護、電網監控、直流開關、組串監測、浪涌保護等基本功能。這些保護措施能有效提高逆變器在使用過程中的安全性和穩定性。一定程度而言，逆變器設計技術對于分布式光伏電站性能和效率的影響非常重要。在逆變器的設計中，應注重MPPT 技術、效率提升技術、多級拓撲結構的應用和保護措施的應用等關鍵技術的應用，以達到提高逆變器性能和光伏電站總體效率的目的。

6 支架設計技術

光伏電站是一種利用太陽能發電的設施，它通常由大量的光伏組件組成。在設計分布式光伏電站時，支架設計技術是非常重要的一環。在光伏電站中，常用的支架類型包括固定支架、傾斜支架和可調式電動支架。具體選擇哪種支架類型須要根據光伏電站的具體情況來決定[5]。

地形地貌：地形地貌是光伏電站支架設計的基礎之一，須要根據所在地的地形地貌進行定位，并根據地勢高低設計支架高度。

風荷載和雪荷載：設計支架時須要考慮所在地的風荷載和雪荷載，以確定支架的材料和結構，確保支架在強風和大雪氣候下的穩定性。

太陽能利用率：支架的高度和傾斜角度會影響太陽能的利用率，須要根據光伏電站的布置和所在地的光照情況進行調整，確保光伏組件能夠最大化地吸收太陽能。

設計約束：支架結構的設計須要滿足一系列的設計約束條件，如安全性、可靠性、耐久性等，同時還須要考慮施工、運輸和維護等因素。

在實際的光伏電站設計中，支架設計技術的應用非常廣泛。例如，在山區光伏電站的設計中，設計師須要考慮山區復雜的地形地貌和氣候條件，選擇合適的支架類型和材料，確保電站的穩定性和安全性。在屋頂光伏電站的設計中，設計師須要根據屋頂的結構特點和風荷載，選擇合適的支架類型和固定方式，確保支架與屋頂的連接牢固可靠。在荒漠地區光伏電站的設計中，設計師須要考慮沙塵暴和高溫炎熱的環境，選擇合適的支架材料和防塵措施，以確保光伏電站的長期穩定運行。

7 結束語

分布式光伏電站電氣設計涉及多個技術領域，要求設計者具備跨學科的知識背景和對電氣設計技術的深刻理解。本文從絕緣協調技術、并網保護技術、電纜布線設計技術等角度出發，分析了電氣設計中的技術的具體運用情況，為分布式光伏電站的電氣設計提供了技術參考和實踐指導。不可忽視的是，電氣設計是分布式光伏電站建設中極為重要的一環，其合理性和可靠性直接決定著分布式光伏電站的電能轉換效率、發電量、安全穩定性和經濟性。未來，隨著分布式光伏電站規模的不斷擴大和技術的不斷創新，電氣設計技術也將不斷發展和優化，提高電站的效益和可持續性，為推進可持續能源發展做出更大的貢獻。