探究20MW光伏发电系统与电气一次设计

朱辉

摘 要：文章以推动电力行业发展为前提，针对20MW光伏发现系统以及电气一次设计展开分析，介绍了光伏组件、20MW光伏发电系统设计以及电气一次设计，目的在于提高供电的稳定性，并且推动社会发展。

关键词：20MW；光伏发电系统；电气一次设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.160

1 光伏组件

系统设备内部，太阳能电池是其运行的核心。由于太阳能电池涉及到诸多类型，种类不同，优劣势也不同，然而单晶硅、多晶硅这两种形式的太阳能在制造技术方面质量最高，产品性能也更加稳定，使用寿命相对较长[1]。此外，在实际应用中，单靠其转化效率高这一优势，便得到广大工作人员的青睐，在大规模并网光伏电站中得到广泛运用。以电站所处位置的环境和光资源等作为前提，结合施工条件，对光伏电站中年整体发电量进行明确，利用多晶硅太阳能电池组件展开处理，可以获得非常理想的效果。由于20 MW光伏发电系统的组件涉及到非常大的用量，且占地面积广，这便导致组件安装量超出标准要求，因此可以使用大单位面积功率的电池作为组件，对占地面积加以控制。多晶硅太阳能组件在这大规模并网光伏发电系统十分常见，针对各个组件的价格、技术术成熟性等进行考虑，选择最佳的组件。

2 20 MW 光伏发电系统设计

2.1 光伏组件方阵

光伏组件运行模式主要分为固定安装式以及自动跟踪式。针对自动跟踪式而言，该模式的倾斜面可以有效接收太阳总辐射量，提供发电量，但是却存在一些问题，主要体现为以下几点：（1）装置内部十分繁琐，电池阵列本身带有同步性的特点，这对机电控制、机械传动器件提出非常好的要求，相应的提高了初始与维护成本。（2）自动跟踪式系统使用的电池组件非常多，所以场址占地面积要远远超出固定式安装[2]。（3）自动跟踪式系统运行期间会消耗电量，所使用的逆变器也是以并联分散式布置为主，很难实现集中控制，相较于相对固定式的逆变器要追加很多投资。配备了跟踪装置收获的额外太阳能辐射会形成效益，但是这却不能将投入的成本抵消。所以，此光伏组件方阵建议使用固定安装式系统。

2.2 逆变器

逆变器是一种转换装置，即将直流电转变为交流电。该系统的规模非常大，按照当前市场占有率、产品成熟性分析，此次分析以并网型光伏逆变器为例，数量为35台的500 kW逆变器，最终所呈现的输出电压是320 V，最大效率则是99.6%。并网逆变电源使用三相桥式变换器，进行光伏阵列输出直流电压向高频三相斩波电压的转换，随后再利用滤波器滤波转变为正弦波电压，并且将其并入到电网中进行发电。为了保证光伏阵列发电的最大功率，直流侧可以使用MPPT算法。

2.3 组件阵列平面设计

光伏组件支架一般是以固定式安装式为主，其倾斜角是23°，支架内部包括光伏组件，将数十个串联成为直流回路，最终的总容量是5720 W。各个光伏发电单元中配备了光伏组件支架。此外，光伏组件的排列方式为 2×11方式，使用的光伏组件参数是1640mm×992 mm，每两块组件的间距是25mm，所以支架中的光伏组件参数则可以确定为3305×11162mm。

2.3.1 方阵间距设计

太阳能阵列设计时，需要对前后排阴影遮挡这一问题加以考虑。可以通过计算的方式明确阵列最佳距离。如果光伏阵列的倾斜角是23 °，这时通过计算可以得知，冬至日方阵时刻的电池组件阴影长度在时间推移下形成的曲线。该方阵的南北间距以5.2 m为最佳，阴影长度则以2.1 m为最佳，只有保证该数值，才能够使冬至日9：00am～15：00pm期间的太阳能阵列免于被遮挡。

3 电气一次设计

3.1 电气主接线

电气一次开关站内，电气主接线中主要有以下几部分：开关站侧接线、箱式变电站、站用电源等，下面展开分析：

3.1.1 开关站侧接线

系统接入电压等级是35 kV，以单母线接线方法进行侧接线，在35 kV 的母线中一共配备 6 面高压开关柜，电压等级均为35 kV，也就是总出线开关柜一面、集电线路开关柜两面、无功补偿装置开关柜两面、站用接地变开关柜1面、PT 柜1面[4]。

3.1.2 箱式变电站

此次设计所使用的双分裂箱式变电站的高压侧电压等级是35 kV，其中设置了光伏发电单元，发电单元容量是1178.32 kW。发电单元中均配备1000 kV·A 容量的双分裂箱式变压器。

3.2 站用电源研究

在光伏电站工程中，主要以三相四线制接地系统当做站用电源，为了保证电源运行的正常性，一般会使用2回低压交流进线。在站内，用电系统需要与两个站用变进行搭配，对系统的正常运行提供保障，不同的站用变均可带母线，针对一些重要负荷，操作人员可以在多个母线位置展开双回源引处理，使其中一台站用变在母线内引取，另一台站用变则连接电源，通过交直流一体化系统完成建设工作。

4 结束语

综上所述，20 MW光伏发电系统与电气一次设计，一方面这有利于实现正常供电，另一方面则对推进社会发展起到重要意义，但是该项工作目前依然处于发展阶段，还需要专业人员继续深入研究。

参考文献：

[1]钟伟东，刘继文，雷象兵.分布式光伏发电20kV并网系统设计[J].现代建筑电气，2017（04）：42-48.

[2]王祥群.光伏发电系统分析及典型系统设计[J].价值工程，2013（04）：17-18.

[3]孙录贵.山区大型光伏发电系统防雷接地技术探究与应用[J].安徽农学通报，2015（23）：106-108.

[4]张虎润，陈启华，陳思铭等.海南岛并网风光互补电站发电性能分析[J].广东科技，2016（02）：30-31，57.