光伏发电系统电气设计分析

朱丽倩 葛自强

摘要：社会的发展离不开石油、煤炭等不可再生能源。由于这些能源是不可再生的，不符合能源应用可持续发展的战略要求，同时也增加了生态环境的负担和压力。在此背景下，加强清洁可再生能源的利用率，成为实现国家节能减排目标的重要手段之一。其中，光伏发电系统电气适合于现场使用，符合我国的实际情况，得到了积极的发展和推广。

关键词：光伏;发电系统;电气设计

近年来，我国社会经济稳步发展，同时，随着企业的快速发展，资源能源的巨大消耗难以避免，消耗大量电力。目前，我国光伏发电系统还不成熟，还有很多问题需要解决，需要不断完善。光伏发电是一种环保清洁能源，其在新发电项目中的比重越来越大，本文中提出了光伏电系统电气的设计要点，并进行了分析和研究。

一、光伏发电系统概述

光伏发电系统是通过光伏组件的合理应用，将清洁、可再生的光伏转化为可用能源的分散式能源系统。光伏发电主要建在场地附近，一部分发电量提供给用户使用，剩余能量连接到具有分散系统平衡特性的电网。作为一种模式，光伏系统在发电的应用中强调“严格发电、紧并网、紧转换、紧使用”的基本原则，其中隐藏着广泛的发展潜力。另一方面，可以有效促进同等规模光伏电站发电量的增加，同时也有效解决长距离传输过程中的能量损失，光伏发电系统的有效应用具有以下特点：第一，光伏发电使用的是太阳能，因此不会消耗其他不可再生能源，经济效益非常高。第二，污染少，环保效益大，在发电过程中，几乎没有明显的空气噪声污染。第三，有利于改善该地区土地短缺问题。第四，实现发电与用电并存。

人们现在描述的光伏发电实际上是在用户周围积累分布式电力，并以相对环保和安全的方式将光伏转化为电能。然而，近年来，分布式能源的产生有了新的意义，这通常是指利用光伏、风能等新能源在尽可能靠近能源负荷中心的地方发电。新兴能源基本不污染环境，比传统发电效率更高。在地理上，可以与当地的建筑有机地结合在一起。此外，新型光伏发电与用户距离非常近，无需安装多个变电站和配电站，可大大降低损耗。

二、光伏电发电现状

近年来，光伏发电系统电气的利用在理论基础知识和实际应用研究方面都有所发展。统计显示，30年后，欧洲可再生能源总产量将达到1956吉瓦，太阳能将达到962吉瓦。同期，美国还将引进300吉瓦的光伏。到2030年，日本居民用电量的一半以上將来自光伏发电系统，装机容量快速增长。随着光伏产业的快速发展，逆变器的技术水平也在不断提高，逆变器是光伏发电系统的重要组成部分，以其优良的保护功能和系统的安全稳定运行发挥着积极的作用。目前，国产逆变器具有效率高、容量大的特点。

我国国内光伏发电市场虽然已经启动，但在实施过程中遇到了困难，我国光伏发电系统电气建设起步较晚，逆变器制造技术太落后。许多设计机构不愿意在光伏发电系统电气的设计上投入大量精力，因为光伏发电系统电气的投入成本与利润不成正比，光伏产业要攻坚克难，相关部委必须建立完善的政策支持和管理体系，不断提高国内光伏发电系统电气的设计水平，最大限度地发挥光伏电池的发电性能，从根本上解决问题。

三、光伏发电系统电气的设计要点

①操作方便，光伏发电系统电气的设计应尽可能易于操作，这与西部地区人烟稀少的露天安装场所不同，这种发电电气系统通常安装在屋顶等地方，这些地方通常有一定的坡度或海拔较高。这种坡度恒定且承载能力有限的屋面，增加了操作人员的施工难度，因此电气系统应在设计初期就考虑后期施工难度，尽量降低操作难度，确保工程设计一步到位。

②安全，光伏发电系统电气的安全性尤为重要，因为光伏发电系统电气主要用于人口稠密地区和中东部有建筑物的地区。建造斜屋顶时，必须将各构件运至屋顶或屋面进行施工。目前市场上采用的是承载力较高的铝合金框架结构，安装操作方便，不易生锈和损坏，在一定程度上可以降低安全隐患。在后期施工过程中仍存在高空坠物风险，且由于施工区域人口密度大、建筑物数量多，施工人员在高空作业后期会产生废弃物，屋顶的坡度会增加高处坠落物的隐患，设计时必须考虑电气系统的完整性，后续的垃圾收集设计必须合理回收利用。另外，还要考虑各构件的重量是否在屋面的最小承重范围内，屋面材料的承重随着雨天、日晒等风化而降低，屋面材料的承重电气设施设计时必须考虑施工人员本身考虑施工现场的最小承载能力，应将重量控制在此范围内。

③一致性，光伏发电系统电气是将大量太阳能电池串联起来，获得一定高度的电压，然后在逆变器的输入端输入，将一定数量串联的子系统并联起来。系统的额定功率过程需要大量的设备，为了保证系统的稳定性，所选择的光伏发电系统必须具有相同的规格和运行性能，同时必须避免相互屏蔽影响，工作效率和方向角度问题产生的差异，保持各子系统运行的一致性。

④可持续性，需要考虑光伏发电系统电气庞大而分散的特点，自然灾害等系统部件的损坏，以及光伏发电系统电气所在地区可能出现建设和改造问题的地区。设计必须保证整个系统的整体一致性。同时，各子系统必须并联，以保证独立性，当一个子系统损坏时，其他系统不受影响，仍能维持正常运行。此外，对于铝合金或新型支架，在考虑刚度的同时，还必须考虑耐腐蚀性和抗氧化性以及损坏后的可修复性，特别是在重工业和重污染地区。

⑤在交直流电缆的设计中，由于光伏发电所处的特殊地理位置和环境，对电缆的性能要求也更高。在某些情况下，电缆有特殊的性能要求，如防白蚁、防鼠、防紫外线、耐高温等。在光伏发电系统中，电缆的额定电压必须至少为系统的额定电压，电缆的额定电压必须至少为太阳能电池阵列最大输出电压的1.25倍。需要特别注意的是，当光伏发电系统的运行环境温度60时，应合理修改载流量。

四、光伏发电系统电气设计方案

（一）设备选择

光伏发电系统中的逆变器通过晶闸管控制系统的导通，并采用相关措施实现直流到交流的转换，根据电源的特性，逆变器可分为电压型和电流型两种。根据励磁方式，变压器有自动和其他两种。根据方波形方法，变压器有方波和正弦波类型。在实际发电过程中，变压器作为将直流电转换为交流电的通道，同时逆变桥和二极管并联，从而通过开关实现对开关的有效控制。智能监控装置可以实现箱变模拟量的采集和通讯功能，同时可以有效结合现有自动监控系统的通讯管理机和光纤开关的功能。通过光纤实现数据信息的传输和连接，自动监控提高了光伏发电厂运行远程管理和监控的效率和质量，箱式交换装置的应用有效提高了监控设备的应用和运行效率，大大减少了通信管理机和光纤交换机的数量，有效降低了成本。

（二）光伏发电系统监控

由于光伏发电系统的配电采用分层形式，因此需要设置能够实时监测电流、电压、温度的监测部件和管理设备。同时需要监控操作、数字通讯和监控设备，有效结合，实现现场操作的监控。安装监控设备时，需要设置适合电流电压的监控元件，同时保证设置的设备具有较强的防雷功能。

（三）光伏发电一次系统设计

光伏发电的一次电网应根据电站类型进行设计，中小型光伏电站的并网电压等级通常为10kV或0.4kV，因此需要一个变压器进行一级升压，对于大型光伏电站，装机容量大，光伏阵列分布比较广，只安装了升压变压器，大大降低了电站的工作效率和质量。因此，对于光伏发电系统设计了采用升压变压的方案，一般情况下，交流电源系统采用10kV或35kV电压分配。

（四）光伏二次系统设计

远程控制信息主要是通过测控设备获取并传输到发送端，站的数据也可以通过电厂的监控系统转发到发送端，来自光伏发电厂的远东信息包括遥测和遥信两个方面。监控系统选择分层分布式结构，设计系统监控组件和通信管理设备，设计集中管理设备。同时加强相间保护相距、接地距离和零序电流方向。另外，在直流电缆选型过程中，需要根据具体环境进行选择，使运行环境温度达到60℃以上，同时实现载流量的修正。

五、光伏发电的影响因素及对策

（一）并网技术普及率

考虑到光伏发电系统电气的一般系统稳定性问题，需要在预设计阶段对控制器的各个方面进行控制，例如故障报警、定位和测量，多功能汇流箱还用于智能融合预警和路线调查。实际对电网本身的影响越来越大。在这种情况下，需要严格控制普及率的扩大，确保电网与光伏发电的兼容性，并考虑对电网内设施的保护。

（二）注意逆功率

该概念是指来自低压电网的并网光伏系统，试图在负载非常低时通过配电变压器将电力传输到中压电网。配电变压器、线路和配电网络的电压也显着增加，为了防止意外情况发生，要多注意二次侧安装逆功率检测和控制装置，光伏发电系统将提供动态调节的功率，必要时安装变压器并增加储能或增加电力负载并吸收多余的电力。

（三）承载能力限制

光伏电网连接问题一直是限制光伏发电的最大因素。目前，我国光伏资源较为丰富，但无论是西部地区的集约化开发基地，还是东部地区的分布式开发基地，由于资源区域距电网较远，均难以并网负荷中心，输电容量的限制影响了我国光伏电网的发展。我国光伏资源在半数以上的地区可以使用1400多个小时，可以说效率比较好。但是，受地域限制，在西部和中部地区使用光伏发电系统，与我国的负荷中心相比距离还是比较大的，并且光伏的消费问题也要考慮，关键是要打通西部地区到东部地区的电力通道。

六、结束语

总而言之，我国经济发展迅速，在发展的同时，还要考虑环境污染的问题。现阶段，人类与自然环境的矛盾依然严重，特别是经济发展的能源消耗过高，对自然环境造成严重破坏。近年来，中国提出可持续发展政策，希望人与自然和谐发展，只有这样，才能保证整个社会的稳定和长期发展。因此，在光伏发电系统中，充分贯彻可持续发展的原则，结合我国国情，综合利用各种新能源技术和方法，实现合理经济，选择一个解决方案从而达到显着的节能效果。

参考文献：

[1]马欢.解析光伏发电系统电气设计方案[J].低碳世界，2017（31）：18-19.

[2]马欢，解析光伏发电系统电气设计方案[J].低碳世界，2017（31）：18-19.

[3]许冬梅，熊小俊，孙泽人，庞小霞.谈光伏发电系统电气设计[J].智能建筑电气技术，2016，10（02）：43-49.