大型光伏电站电气设计与分析

刘海涛

摘要：经济的发展，促进社会对电力的需求也逐渐增加，这有效地推动了电力企业的发展。光伏发电以其明显的优势被广泛关注，大范围的光伏电站建立起来。但是仅仅规模庞大的电站建设并不是我们真正追求的，只有整个领域得到长足发展、实现真正的经济收益才是我们的目的。因此，电气设计作为电站建设中的重要一环，我们应给以足够的关注。本文就大型光伏电站电气设计展开探讨。

关键词：大型;光伏电站;电气设计

引言

近年来，在国家节能减排的号召下，各行业均在攻坚克难的减少碳排放量，保护环境。伴随补贴大幅缩水，投资成本降低，新形势下，如何设计适应我国新形势并网光伏电站成为我们设计工程师深究的课题。

1国内外现状

有资料表明到2050年，美国电力供给的80%将来自可再生能源，其中光伏总装机将达到300GW，占总电力装机的27%。预计到2030年美国国内50%的居民用电来自太阳能，相当于l00GW装机容量。我国光伏产业在近几年发展得非常迅猛，组件产量全球份额过半，光伏发电工程如雨后春笋般遍地丌花。2015年我国明确了今后能源发展的总体方略、行动纲领和行动计划。计划到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%，天然气比重达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。加快发展太阳能发电势在必行，有资料表明，我国计划到2020年光伏装机累计达到150GW，其中地面电站70GW，分布式80GW。在这种情况下，完善和提高我国光伏电站的设计水平，己成为光伏电站要进一步发展的大形势下的一个迫切的需求。

2光伏电站简介

光伏电站的能量来源主要是太阳能，电站所运用的材料设备通常有逆变器、晶硅板等特殊材料，光伏电站和电网进行连接，同时将电能传输给相连的电网，这样便组成了一个完整的光伏发电体系。光伏电站以其节能环保的优势，已经获得我国的大力支持和推广。光伏电站主要包括并网发电系统以及独立发电系统，两者之间的差别为是否带有蓄电池。光伏发电的产品目前被应用在以下三个方面：第一种是给没有电能的地方供给电能;第二种是用于人们生活中的产品，例如太阳能电灯、太阳能充电器等;第三种是进行并发发电，这在我国暂时还没有得到大范围的普及应用，但在发达国家已被成熟应用。

3太阳能资源

太阳能光伏发电系统是由蓄电池、光伏电池、交直流逆变器、太阳能是世界上最为丰富的永久能源，在能源问题日益凸显的今天，太阳能光伏发电作为一种新兴的可再生能源而受到广泛关注。控制器等部件构成的。蓄电池用于存储从光伏电池转换来的电力，光伏电池用于光电转换，交直流逆变器用于交直流转换，最大限度地把光伏电池转换的电能送入电网。控制器用于控制整个系统的全过程。相较于生物质能发电和风力发电，光伏发电没有噪音，没有枯竭危险，安全可靠，绝对干净。我国是太阳能资源相对丰富的国家，具有利用太阳能进行光伏发电的优越条件。按照接受太阳能辐射量的大小，我国大致上可分为以下五类地区：一类地区为太阳能资源最丰富地区，二类地区为太阳能资源较丰富地区，三类地区为太阳能资源中等类型地区，四类地区为太阳能资源较差地区，五类地区为太阳能资源最少地区。

4主要设备选择

4.1光伏逆变器

光伏逆变器是光伏并网发电系统的技术核心，决定系统整体方案的设计决定系统整体寿命的长短决定系统整体效率的高低决定系统故障率的高低决定系统智能化的高低。根据光伏逆变器与系统连接方式分类：（1）集中型逆变器（单机功率≥100Kw）;（2）组串型逆变器（分单相和三相输出，单机功率≤30kW）;3）微型逆变器（与单件组件配合使用，单机功率≤350W）。

4.2光伏系统配置

要使光伏系统设计更加科学合理，必须充分考虑以下因素：组串设计、最佳倾角设计、组件性能、影响因素、光伏组件安装方式、前后排间距计算。

4.3光伏汇流箱

方阵连接盒是连接太阳电池方阵和逆变器专用器件，主要功能有太阳电池过载保护、雷击保护、过压保护、多路太阳能方阵并联等功能。在设计选型时，重点要求箱体结构、光伏组串过流保护、防雷、通信、显示功能、外壳防护等级、安全、浪涌、环境要求、溫升等十个方面的因素。

5光伏电站电气设计

5.1电气主接线并网型

光伏电站的集电线路方案一般采用每个发电单元分别接入35kV配电装置的方案。该方案简单清晰、安全可靠、运行灵活、便于维护管理。站用电并网型光伏电站一般设置两台站用变压器，一台工作变压器由市电电源引接，另一台备用变压器由发电厂内的高压配电装置引接。站用变压器一般主要为控制周边负荷供电，不为就地逆变站的负荷供电。由于目前国内光伏发电的电价比当地农电或市电价格高，在实际运行中，通常将引接在施工电源的变压器作为工作变压器使用，以降低运行成本。

5.2接地系统

光伏电站接地系统应满足《光伏发电站设计规范》（GB50797-2012）光伏方阵接地系统要求，光伏方阵接地应连续、可靠，接地电阻不大于4Ω。经电气计算、经济技术比较及方案论证，对于荒山光伏电站接地系统研究出一套集约型接地系统设计方案。集约型接地系统设计方案主要由水平接地系统、垂直接地系统以及自然接地系统，根据现场施工难度，考虑光伏电站特性，光伏电站主接地网采用外圈闭合直埋方式，接地主网路径与主要电缆通道结合，采用同沟敷设方式，支架之间采用明敷热镀锌扁钢直接相连方式，整个场区构成一个完整的接地网络。集约型接地系统设计方案是一种即能满足光伏电站接地功能，又能减少施工工程量，减少对环境的破坏，很大程度上降低了工程投资，主要有以下优势：（1）投资低;（2）施工速度快;（3）环境破坏小;（4）负责地形调整灵活。

5.3光伏方阵的设计

光伏电池方阵设计要点：根据建筑光伏系统设计的容量和光伏组件的类型、规格、数量确定安装位置和安装方式;根据逆变器的额定直流电压、最大功率跟踪控制范围、光伏组件的最大输出工作电压及其温度系数，确定光伏组件的串联数;根据逆变器容量及光伏组串的容量确定光伏方阵内光伏组串的并联数;同一组串内，组件电性能参数宜尽可能一致，其最大工作电流Im的离散性应小于±3%;光伏方阵应高效利用太阳能的方位角和倾角方式安装。

5.4预装式变电站的选择

预装式变电站是将变压器、多回路高压开关系统、无功补偿装置、绝缘母线、继电保护和变电站综合自动化系统、电能计量及状态监测、视频安防等电气一次、二次设备，按照系统性、安全性、可靠性、易维护、一体化的原则安装在一个全封闭框架式钢结构箱体内，是集设计、制造、安装、调试和服务于一体的交钥匙型变电站产品。实现由传统建设一座变电站向购买一座变电站的跨越。预装式变电站特点如下：（1）节省土地、减少维护成本。集成变电站占地仅为常规电站的2/3，节省了大量土地资源。（2）工厂预制化、建设周期短。周期由原来4-5个月，缩短到2-3个月。（3）环保。全封闭钢结构设计，大大降低了变电站对外部的电磁污染，在运行过程中噪音明显下降，且在光伏电站25年寿命期后回收可利用率高达95%。

结语

综上所述，我国光伏并网装备和关键技术逐渐被人们所重视，并且正在快速发展。电气设计技术已经十分成熟，但是在系统造价方面还有一定的进步空间。相信随着我们不断的努力，加之科学技术的进步，我国光伏发电领域一定会取得更好的成果。

参考文献

[1]曹子丕.大唐新能源光伏发电项目方案优化研究[D].长春：吉林大学，2018.

[2]葛庆.0.98MW并网光伏电站设计[D].湘潭：湖南科技大学，2018.

[3]明瑞.20MW光伏发电系统研究与设计[D].湘潭：湖南科技大学，2018.