大型村级光伏电站电气设计与分析

杨福东

摘要：当前，我国的光伏行业发展十分的明显，很多光伏电站建设的规模都有了非常显著的提升，光伏电站在运行的过程中具有非常强的系统性，每个环节都是不容忽视的，所以要想更好的保证光伏电站运行的质量，就必须要对系统的设计予以高度的重视。本文主要分析了光伏电站电气设计技术，以供参考和借鉴。

关键词：光伏系统;逆变系统;光伏组件;监控系统

1太阳电池组件和逆变器的设计

1.1太阳电池组件的选型

第一是晶体硅太阳电池，优点是成熟稳定、安全可靠，而且应用的范围较为广泛。晶体硅电池包括单晶硅和多晶硅电池，价格合理，效率较高。而晶体硅的缺点是，在光照和大气环境下，电池会出现能量衰竭的情况。第二是薄膜太阳电池，优点是高效低廉，性能稳定，缺点是原料稀缺，对大规模生产产生制约。第三是非晶硅太阳电池，优点是在弱光下，性能仍然较好，缺点是电池转换的效率较低。综合上述三种电池类型，我国选择较多的是晶体硅太阳电池组件。

1.2逆变器的选型

第一是集中式逆变器，其优点是效率较高，成本较低，大型的集中逆变器可以联网，减少输电损耗，提高发电效率。第二是组串式逆变器，其优点是增加了发电量，减少阳光阴影带来的损失。第三是组件式逆变器，优点是应用范围比较大，缺点是铭牌容量较小。综合上述三种逆变器类型，我国市场上应用最多的集中型逆变器。

2光伏阵列布置方案设计

2.1逆变器布置方案

第一种方案是采用1MW逆变器单元，与两个500kWp太阳电池方阵相连，形成一个1MWp的光伏子方阵。两个500kWp的太阳电池方阵经过汇流箱，与2×500kW的逆变器相连，可以实现对光伏阵列的布置。第二种方案是采用500kW的逆变器，与一个500kWp的太阳电池组件相连，输出35kV的交流电。500kW的太阳电池方阵经过汇流箱，和500kW的逆变器相连接，最终可以构成0.5MWp光伏的光伏子方阵。将两种方案进行对比，可以发现二者具有不同的优缺点：第一种方案便于安装和管理，发生故障的几率较小，经济效益较好，但是线损比较高。第二种方案便于布置，线损比较低，但是故障发生的几率较大，经济效益较低。因此，在光伏电站电气设计的应用中，一般采用第一种方案。

2.2光伏阵列分层结构

首先，光伏阵列的分层结构包括光伏发电单元系统。将一定容量的太阳电池方阵，和一台匹配太阳电池方阵容量的逆变器连接，二者所构成的发电系统，可以称为光伏发电的单元系统。其次，光伏阵列的分层结构包括光伏发电分系统。将一台箱式的升压变压器和另一台逆变器相连接，二者所构成的发电

系统被称为光伏发电的分系统。再次，光伏阵列的分层结构包括光伏电站。将许多台箱式变压器相互连接，在接入电网之后所形成的发电系统被称为光伏电站。在光伏电站中，一般采用500kW的逆变器和315V/35kV的箱式升压变压器，以满足光伏电站的发电需要。

2.3光伏阵列电气系统

首先，光伏阵列电气系统包括直流发电系统。光伏阵列直流发电系统中，有太阳电池组件、汇流箱、逆变器和配电柜等等，在发电的过程中，太阳电池组件经过光伏作用，把太阳能转化成为电能。在转换电能时，一般采用多晶硅太阳电池组件构成的太阳电池阵列。其次，光伏阵列电气系统包括交流输出系统。光伏阵列交流输出系统中，有电缆、开关柜等等，逆变器采用了最大功率跟踪的技术，可以实现直流电转换成交流电的效率最大化，使输出的电能符合电网的需求。在转换电能的过程中，控制器和外部的传感器连接，动态监测外部的日常环境和光伏阵列的运行情况，保證光伏阵列的正常运行。光伏阵列和发电分系统之间没有直接的电气联系，这样一来，当光伏发电的分系统出现问题，光伏阵列并不会出现运行停止的状况，方便检修人员对光伏发电分系统进行维护的检查。在光伏组件的选择上，可以减少光伏组件的块数，进而减少光伏电缆的数量，将工程投入成本限制在一定的范围之内，提高分系统的发电效率。

3电气系统设计

3.1集电线路一次系统设计

3.1.1确定集电线路的初步方案

首先，应该确定集电线路的初步方案。在光伏阵列的选件上，可以选用容量为1000kVA的变压器，将逆变器的输出电压升到35kV，然后将电流汇流到开关站的母线。200MWp光伏阵列的每个分阵，都可以采用首尾串接的方式并入电线路。在箱变高压测，应该设置高压负荷开关，避免一个方阵的分合对其他方阵的正常运行产生不利影响。

3.1.2对35kV的开关站进行电器计算

其次，应该对35kV的开关站进行电器计算。开关站一般布置在地势较为平缓的地段，如光线较少遮挡的山顶，这样可以减少土方量，便于线路的接入。在选择电气主接线时，应该分为低压站用电压和高压站用电压两级电压，经过两回集电线路汇集电能之后，将电能发送到35kV的开关站，然后再通过35kV的单回架空出线接入变电站。在35kV系统中，主要采用单母线主接线方式，母线是由一次性建成的，在母线上面设有六面柜，分别是架空出线柜、电缆进线柜、无功补偿馈线柜、变压器出线柜和母线PT柜，这六个柜分别步骤在母线的六面。在计算35kV侧电容电流计算时，已经集电线路电缆总长度，按照集电线路侧电网单相接地的电容电流计算公式，可以得到Ic=0.1×UexL，带入数字计算，可以求出Ic的值。在选择35kV的测消弧线圈和接地站用变容量时，需要计算消弧线圈的容量，和接地兼站用变压器的容量。按照设计的手册，在计算容量之后应该采用站用接地变成套装置，布置在接地变及消弧线圈的间隔内。

3.2电气一次设备选型

3.2.135kV配电装置选择

在进行35kV配电装置选择的过程中，应当考虑开关站的海拔高度，和场地的污秽等级。在评估地理位置的要素时，要选用固定式的开关柜，固定式的开关柜和移动式的开关柜具有各自的优点。以固定式的开关柜为例，它的造价较低，修正方便，而且维护空间较大，但是更换频率较低。以移动式的开关柜为例，它的体积较小，重量很轻，而且外表美观，但是容易发生失灵等问题，增加维护人员的工作量[3]。

3.2.2其他设备技术参数

开关柜的技术参数包括以下几个指标：额定电压、频率、电流、短路开断电流、短路关合电流、动稳定电流、热稳定电流和外壳防护等级。断路器的技术参数要综合考量如下指标：耐受电压、短路开断电流、短时耐受电流、峰值耐受电流等等。隔离开关要考量的技术参数包括：短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压、短时耐受电流、接地开关额定短路关合电流、峰值耐受电流等等。

3.3电气二次系统设计

3.3.1NCS

首先，在电气二次系统设计时，应当设置一个监控系统NCS，对光伏系统发电的运行状况进行动态监测和在线分析，对光伏电站的发电能力进行科学评估。NCS包括站控层和间隔层，在站控层失去效用时，间隔曾仍然能进行独立工作。光伏电站的NCS监控范围包括太阳电池方阵、逆变器和开关站配电装置等系统，具体功能有监视、控制、报警和保护等。

3.3.2安全自动装置和UPS系统

其次，在电气二次系统设计时，应该采用安全自动装置和UPS系统。安全自动装置要对35kV架空送出线路、电缆集电线路进行保护，UPS系统指的是交流不停电系统，可以为蓄电池浮充电等不停电负荷提供不间断的供电。

结束语

当前，我国的电网建设水平有了非常显著的提升，我国电力部门对光伏工程也十分的重视，很多光伏工程设计的规范和要求在工程中都得到了应用，这也使得我国的光伏系统设计的质量和水平都得到了十分显著的提升，电气设计水平提高的非常的明显，相信在以后的发展中，这一技术一定会得到更加广泛的应用。

参考文献：

[1]陈慧玲.浅谈独立光伏电站防雷与接地装置[J].青海科技，2015（03）.

[2]赵伟伟，安文.光伏电站项目后评价指标体系分析[J].电子测试.2016（12）.