大型太阳能光伏发电系统方案设计

张保云

大型太阳能光伏发电系统方案设计

张保云

我国能源结构是以煤为主，随着国民经济的快速发展，温室气体减排和能源安全问题已日益突出，面临的压力很大。另一方面，我国太阳能资源非常丰富，全国2/3以上地区的年平均日照数大于2000h、年平均辐射总量约为5900MJ/m2。因此，大型太阳能光伏电站的建设已成为国家温室气体减排和能源安全的必然需要。然而，太阳能光伏方阵占地面积大，光伏电池组件直流输出电压低，电能从最远的方阵输送至升压站距离较远损耗大。为了减少损耗，合理设计布置太阳能光伏场区系统很有必要，本文就大型太阳能光伏发电系统方案设计进行比较探讨。

图1　1MW集中式逆变器光伏方阵系统接线图

光伏场区电气设计范围为从光伏电池组件直流输出端至光伏场区35kV出线设计，包括光伏逆变器、防雷汇流箱、35kV升压变压器、场区35kV集电线路及接地等。其中逆变器的选择分为集中式逆变器（简称：集中式方案）和组串式逆变器（简称：组串式方案）。目前，大型光伏发电站的系统设计主要按逆变器的分类分成这两种，下面就对两种方案进行比较和探讨。

集中式方案

光伏电池组件直流输出后通过直流防雷汇流箱汇流接入直流配电柜，直流配电柜再通过一回线路接入集中式逆变器逆变成交流电，交流电通过35kV现地升压变引入35 kV集电线路送出。即用两级升压：光伏电池方阵发出的电能经逆变器逆变升压，经现地箱式变压器再升压至35kV，采用35kV集电线路接入升压站35kV侧，1MWp晶硅光伏阵列发电主接线见图1所示。

组串式方案

光伏电池组件直流输出后通过方阵附近小型智能逆变器逆变升压送出至交流防雷汇流箱，交流防雷汇流箱再接入交流配电柜，交流配电柜通过一回线路经35kV现地升压变引入35kV集电线路送出。两级升压为：光伏电池方阵发出的电能经逆变器逆变，交流汇流箱汇流至现地箱式变压器升压至35kV，采用35kV集电线路接入升压站35kV侧，1.6MWp晶硅光伏阵列发电主接线见图2所示。

两种方案设备的特点分析

从系统接线图可以看出，集中式方案接线顺序是：汇流→汇流逆变→升压变；组串式方案接线顺序是：汇流逆变→汇流→升压变。由于接线形式不一样，设备选型、电缆数量及监控通讯方案也不一样，下面就对容量均为20MW的两个工程实例进行比较。

监控通讯方案比较

集中式方案监控配置：采用光纤线通信方式。每个光伏子方阵设置有一套数据采集器和光纤以太网交换机等网络设备。集中式逆变器、箱变配套的测控装置、直流防雷汇流箱均具有RS485通信接口并通过RS485口接入数据采集器、光纤以太网交换机，组成一套光伏方阵监控子系统。光纤环网组成光伏区域监控系统通过光纤接入当地升压站监控系统中，实现在升压站内对光伏区域设备的远程监控。

组串式方案监控配置：采用无线通信方式。组串式逆变器和交流防雷汇流箱通过PLC电力载波通讯，将其电流、电压及功率等信号传输至数据采集器，箱变通过RS485接口将信号传输至数据采集器。数据采集器对光伏发电系统中各设备进行接口汇聚、协议转换、数据采集、数据存储，将数据信号传输至无线数据终端，终端再将其传输至电站控制和业务中心，完成对光伏电站集中监控和集中维护等功能。

表1　主要设备选型比较

表2　线缆数量比较

图2　1.6MW组串式逆变器光伏方阵系统接线图

主要设备选型比较

从表1设备数量的比较可以看出：两个方案的设备主要区别是逆变器的数量相差巨大及箱变的容量及数量的变化；35kV箱变因为逆变器容量不一样，配置的数量与容量也不一样。

线缆缆数量比较

从表2线缆数量的比较可以看出：两个方案的设备主要区别是通讯线缆的差别，由于组串式方案采用的是无线通讯方式，大大的节省了网线及光缆，缩短电缆敷设工程量，可以加快工程进度，缩短整个光伏电站的施工工期，但是无线通讯的传输受地形及距离的影响，同时需要增加发射基站。

结束语

中大型太阳能光伏发电场系统设计中，较早应用的是集中式方案比较多，生产的集中式逆变器厂家主要是阳光电源、南车、特变电工等厂家。目前，组串式方案也在兴起当中，生产组串式逆变器厂家主要是华为等厂家。工程中具体选用哪种接线方案需要综合考虑设备造价、建设工期、网路传输能力等多方面因素。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.011