光伏电站电气设计浅析

刘德元 / 国华（榆林）新能源有限公司

光伏电站电气设计浅析

刘德元 / 国华（榆林）新能源有限公司

光伏发电工程在煤矿塌陷区，不占用耕地。发电能源全部是利用太阳能资源，对当地的环境影响较小，国华神木大柳塔一期光伏并网发电项目属榆林市长城沿线400公里规划光伏产业带的一部分，规划容量为100M W，本期规模为50M W。本文通过对这一项目的电气设计进行简要介绍、分析和总结,提出一些设计体会,供并网光伏电站设计同行和建设单位的技术人员参考。

光伏电站；电气设计；可行性研究

1.项目背景

国华神木大柳塔一期光伏并网发电项目站址位于陕西省榆林市神木县大柳塔镇, 位于陕西电网330kV 麟州变电站供电区。该处为煤矿塌陷区，是沙漠丘陵地带。330kV 麟州变电站是陕西电网西北方向的末端站点，主供9 座110kV 系统及用户变电站。

2.方案设计

2.1 工程接入电力系统方案

本工程总体规划建设光伏发电容量100MWp，本期装机容量50MWp。光伏电站本期新建一座110kV升压站，以110kV电压等级并入电网。本期工程以一回110kV线路接入110kV大柳塔变电站，线路总长度4.06km。

2.2 电气接线方案

2.2.1 光伏场内电气主接线

太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、箱式变压器等设备组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的交流电，升压后并入电网。

2.2.2 110kV 升压站电气主接线

本工程新建一座110kV 升压站，规划建设2 台50MVA 主变压器，本期建设一台。110kV 采用单母线接线方式，110kV 配电装置采用户外敞开式布置。

2.3 主要设备选型和布置

2.3.1 光伏场

（1）汇流箱布置在电池板方阵中，采取户外安装方式，固定在光伏组件支架上。电池板与汇流箱、汇流箱与逆变器内直流汇流端之间的电缆通过直埋方式相连。

（2）本工程推荐采用1MW集中逆变箱房，含两台500kW逆变器、直流柜、通讯柜等。

（3）本工程采用两台500kW并网逆变器接入一台双分裂升压变压器，分裂变低压侧为两个独立绕组，每个绕组对应一只逆变器，根据逆变器容量，分裂变容量选用1000/500-500kVA。

（4）箱式变压器紧邻逆变器箱房布置。为减少线损，用大截面电缆连接。箱式变压器与逆变器之间的电缆通过直埋方式相连。

2.3.2 110kV升压站

本期工程设备选型如下：

（1）主变压器选用三相双绕组有载调压变压器，散热器与主变本体成一体式布置，冷却方式为油浸自冷ONAN。容量50MVA，型号SZ11-50000/110，变比115±8x1.25％/38.5kV，阻抗Uk =10.5％，接线组别YN，d11。主变压器采用户外布置。

（2）110kV配电装置

110kV配电装置采用户外敞开式布置，本期配置主变进线间隔1个、母线设备间隔1个、110kV出线间隔1个。主要设备参数：

110kV断路器：采用SF6断路器，额定电流2000A，开断电流40kA；

110kV隔离开关：额定电流2000A，开断电流40kA；

110kV电流互感器：主变进400～800/5A,5P20/5P20/5P20/5P20/ 0.5/0.2S。

出线 600～1200/5A,5P20/5P20/5P20/5P20/0.5/0.2S。

（3）35kV采用金属铠装移开式开关柜，光伏进线、接地变进线及主变进线断路器选用真空断路器，无功补偿进线选用SF6断路器。

35kV主变进线开关柜：额定电流1250A ，开断电流31.5kA；

35kV光伏进线开关柜：额定电流630A，开断电流31.5kA。

35kV无功补偿开关柜：额定电流630A，开断电流31.5kA。

35kV接地变兼站变柜：额定电流630A，开断电流31.5kA。

（4）35kV无功补偿采用SVG动态无功补偿装置，容量±12.5Mvar。

（5）35kV中性点采用经小电阻接地方式，采用接地变及小电阻接地成套装置，户外布置。

2.4 控制及保护

2.4.1计算机监控系统

本工程设置计算机监控系统一套，全面监控光伏场及110kV升压站的运行。在110kV升压站内设置独立的监控室，按照“少人值班，无人值守”设计。

2.4.2保护配置

110kV主变保护按照单主单后配置，组屏布置于继保室内。主变保护配置差动保护、过流保护、零序过流保护和非电量保护等。

110kV出线配置一套线路光纤差动保护。

35kV配电装置配置速断保护、过流保护等。保护测控装置安装在35kV开关柜内。保护测控装置将所有信息上传至计算机监控系统。

110kV及35kV母线各配置一套母线差动保护。

箱式变压器设置过流速断保护、高温报警、超温跳闸保护、轻瓦斯报警、重瓦斯调整保护等，跳闸保护动作后跳高低压侧开关。箱变高低压开关柜刀闸位置、保护动作、变压器非电量等信息通过通讯传至计算机监控系统。

逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、低/零电压穿越功能等，装置异常时自动脱离系统。

2.5 通信

通信系统主要包括系统通信，场内通信以及对外通信。

2.5.1系统通信

本电站以一回110kV线路出线至110kV大柳塔变电站，敷设光缆通道。

2.5.2场内通信

场内通信本期设置设置一台48门具有调度功能的数字式程控交换机，并配套设置数字录音设备，对调度通话进行自动录音。

2.5.3对外通信

对外通信主要是光伏电站至当地电话局的中继通信线路和直通用户线路。根据光伏电站布置规模和交换机容量以及通信业务量大小，在110kV升压站与电网变电站之间敷设市话电缆。

2.5.4通信电源

站内的通信系统设备采用直流供电，由通信蓄电池及高频开关电源提供可靠48V直流电源。

3.浅析主要设计方案

3.1站场选址方案的分析

本工程站场选在煤矿塌陷区，既不占用耕地，又能减少征地费用。做到对环境影响最小化。

3.2 光伏组件选型方案的分析

开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率,目前电池转化效率一般在5％-9％。此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定，衰减较快。但同时由于它的稳定性不高，使用寿命短（10-15年）。因此本工程设计选用大功率的260W多晶硅电池组件。具有如下有点：使用寿命长，组件转换效率最高，晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单，在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装简单方便，布置紧凑，可节约场地等优点。

3.3光伏阵列运行方式的设计方案分析

目前大型地面光伏电站光伏支架的常用型式有两大类：固定倾角式和跟踪式。固定式布置从技术经济上要优于逐日跟踪式系统；另外逐日跟踪式系统的发电量增加值还与太阳辐射中的直接辐射、散射辐射的比例密切相关，太阳辐射中散射辐射比例越大，逐日跟踪效果越差，从太阳能资源分析结果来看，项目所在地太阳辐射中散射量的占比要达到30％以上，占比较高，这将直接影响到的逐日跟踪效果。因此，本工程组件布置采用固定式安装能获得较大的太阳辐射能量。

4.结束语

本工程利用煤矿塌陷区作为光伏站场具有不占用耕地，减少征地费用。光伏组件选用大功率多晶硅电池板具有使用寿命长，组件转换效率最高，晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单，使用晶体硅光伏组件安装简单方便，可节约场地等优点，本工程组件布置采用固定式安装能获得较大的太阳辐射能量。本文通过这一项目实例，为同行业者提供了参考。

[1]《光伏发电站接入电力系统技术规定》 GB/T19964.

[2]《光伏发电站设计规范》 GB 50797.