关于大型光伏电站电气的设计要点探析

刘士起

中节能太阳能关岭科技有限公司，贵州安顺，561300

0 引言

目前，电能已不可或缺，用电量每年都呈上升趋势，需要推动绿色发展，实现可再生能源的有效利用。光伏电站能够将太阳能转换为电能。光伏电站是能源转换的重要媒介，我国需要重视光伏电站电气系统的设计工作，进一步保障相应系统运行的安全稳定性以及高效性。

1 光伏电站概述

光伏电站主要是指通过太阳能用晶硅板、逆变器等特殊材料组成相应的发电体系，并连接电网将电力输送给电网的一种光伏发电系统。光伏电站在我国具有较大的支持力度，属于绿色电力开发能源项目，一般可以根据蓄电池来分为带蓄电池独立发电系统以及不带蓄电池并网发电系统。太阳能发电可以分为光热发电、光伏发电。目前，一般以太阳能光伏发电为主。而太阳能光伏发电系统主要包括蓄电池、光伏电池、交直流逆变器、控制器等元件。蓄电池主要用于电力储存；光伏电池主要用于转换光电；交直流逆变器主要用于转换交直电流，并尽可能地将所有电能输送至电网；控制器能够对系统全过程进行控制。在我国，太阳能资源处于丰富状态，可以充分运用太阳能来完成光伏发电。根据太阳能辐射量来对我国地区进行分类，一般可以分为五类：一类为最丰富地区，二类为较丰富地区，三类为中等类型地区，四类为较差地区，五类为最少地区。具体分析如表1所示。

表1 中国太阳能资源分布表

2 光伏电站发展现状

目前我国在太阳能资源方面一直处于丰富状态，十分适合利用太阳能来完成发电。再加上我国有很大的国土面积以及建筑物受光面积，一类地区是主要太阳能资源开发地区，其太阳能资源潜力不可估量。在新兴行业中，太阳能光伏发电产业已处于核心地位。在此基础上，全世界光伏发电产业不断扩张，成本也在呈现下降趋势。我国在光伏发电产业方面，能够与国际竞争。我国有多家企业参与光伏发电，同时光伏强省更是重要产业基地，比如江苏、河北。企业改变以往“年度”的发展战略，直接将其更换为“月度”发展策略，以此来满足市场所需。

3 关于大型光伏电站电气技术探讨

3.1 逆变系统

逆变器主要是将直流转换为交流的一种新兴转换器，在太阳能光伏并网发电系统中是重要组成部分。它主要将太阳能电池、蓄电池电源转换为负载。根据运行方式可以划分为独立运行、并网等逆变器。前者往往在太阳能电池发电系统中单独运行，并单独供电于负载；后者通过太阳能电池发电系统并利用并网来实现。另外，根据输出波形可以将其划分为方波、正弦波等逆变器。前者成本低且电路简单，但具有较大的谐波分量，往往适用于几百瓦以下的相应系统；后者具有较高的经济成本，适用于不同负载[1-2]。

3.2 升压系统

在设计光伏电站时，需要结合实际来分级处理。有关人员会在设计相应电站时，将其分为多级升压以及一级升压两种系统。在实际运用中，一级升压设计技术往往应用于分布式光伏系统；而在大型光伏电站中，通常将多级升压设计技术充分运用其中。

3.3 接地系统

在光伏电站中，接地系统设计技术是主要媒介，能够将光伏电站与电网系统连接，但其具有较强的专业性，需要有关部门审批，以此来保障相应系统的安全有效性。比如汇流箱能够有序连接光伏组件，主要保障汇流功能的时效性。方阵连接盒有多种功能，比如过压保护、雷击保护等。在具体设计时，需要将温升、显示功能、安全、通信等重点内容充分考虑其中，尽可能地降低相关因素的负面影响[3]。

4 大型光伏电站电气设计要点分析

4.1 科学设计电气主接线并网

在大型光伏电站电气设计中，根据工程的建设规模、性质、作用及周边变电站的情况，提出光伏电站工程接入系统比选方案。主流设计一般是光伏发电单元通过箱式变压器就地升压至35kV，通过35kV集电线路输送至升压站主变压器升压至110kV或220kV并入电网[4]。

4.2 合理设计太阳能电池组件、逆变器

4.2.1 太阳能电池组件

在太阳能电池组件中，以单晶硅、多晶硅、非晶硅为主要类型，其不同类型都存在长处与短处。在电气设计中，需要将太阳能电池组件合理运用其中。首先，在单晶硅电池组中，其转换率基本在19.9%，具有成熟的生产技术以及较慢的衰减速度等明显优点，但其不足之处主要是具有较高的生产成本。其次，在多晶硅电池组件中，具有低度电成本、低耗电、生产材料简便等明显优势，转化率在17%左右，但与前者相比，多晶硅具有高衰减速度、低使用期、低转化率等缺点。最后，非晶硅电池组件具有明显的优势，比如薄、轻质量、易弯曲等。在制作过程中，与上述两种材料存在明显差异。制作非晶硅的流程比较简单。但非晶硅具有低转换率的明显缺点，转化率基本处于10%[4]。总而言之，在太阳能电池组件中，大型光伏电站一般以单晶硅为主，再加上单晶硅生产工艺已经趋于成熟，能够以低成本的方式推动大型光伏电站的可持续发展。

4.2.2 逆变器

在大型光伏电站电气设计中，逆变器处于核心地位，有关人员需要提高对逆变器的重视程度。在设计过程中，充分发挥该设备的相应作用。在光伏逆变器中，一般分为户用型、组串式、集中式三种类型。首先，户用型逆变器主要适用于单独低压入网型，能够将复杂电网智能应用，以此来提高相应电站的发电率。其次，组串式逆变器随着时代的发展，逐渐提高容量，将光伏系统升级至1500V，该逆变器已发展至320kW，在升级发展中，已成为主流。最后，集中式逆变器已逐渐向箱变逆变一体化大功率配置发展，该逆变器独立工作时能够处于2.5～6MW区间，甚至会向更大的功率发展。现阶段，在大型光伏电站电气设计中，该逆变器属于常用类型。有关人员需要及时优化配置设备资源，以此来保障大型光伏电站的使用效能，促使度电成本能够有效降低，同时保障后续维护经济成本的有效降低[5]。

4.3 防雷接地设计

在大型光伏电站电气设计中，需要科学设计防雷接地系统，以此来保证系统的安全稳定性。在设计防雷系统时，需要以“共同防御、综合管理、多重防御”为依据，防止雷电损害相应设备。接地网主要由水平、封闭的方形接地网构成，同时也需要垂直接地极参与其中。在制作水平接地网时，一般以热浸锌扁钢为主要材料，并根据设计标准来明确相应尺寸。同时在垂直接地极中，热浸锌钢管、热浸锌角钢是主要材料，可以通过焊接方式来完成连接，尤其是水平接地网以及垂直接地极，能够保证相应参数的高质量以及可靠性。如果在接地极中，其接地电阻在掩埋时没有达到2.5m[6]，可以将接地模块适当增加，以此来符合相应标准。在光伏组件中，需要按照相应顺序完成，首先边框串联，其次连接支架，将支架连接于两端，经支架接地网，并保障支架与接地网的连接可靠性。同时需要在检测区域将可断开接地电阻检测点设置其中，有关人员可以将专用接地线缆、抽头、地网充分运用其中，并连接逆变器、汇流箱等相应设备，进一步保障相应设备的连接可靠性。有关人员在埋设接地材料时，需要明确当地土壤实际情况，并选择合适的材料，同时科学分析防腐剂，以此来保障防腐剂的最佳应用效果。在大型光伏电站电气设计中，防腐剂可以选用热浸锌材料，一般用于水平接地网以及垂直接地极，主要是由于热浸过的锌材料能够生成具有抗氧化性能的锌合金，以此来达到防腐的目的。根据相应经验发现，腐蚀速度约0.1mm/年，同时也会增加一半的截面。在安装主要接地网时，必须在冻土下完成。这主要是由于土壤电阻率会因为是否结冰而发生变化，所以，需要保障地面电阻的稳定性。在建设完接地网后，需要测量土壤的两种状态，比如结冰、未结冰。若没有达到相应标准，可以通过深度钻探将接地电极或化学抑制剂放置其中，以此来符合相应标准[6]。

4.4 合理设计光伏阵列

在大型光伏电站电气设计中，需要合理设计光伏阵列。光电单元主要指通过多组独立光伏发电单元，并连接太阳能格栅容量与太阳能电池单元、逆变器的一种发电系统。光伏发电站主要通过连接多种变压器完成，往往在逆变器中将225kW应用其中，升压变压器以800V/35kV箱为主。在光伏电站电气系统中，以直流系统为主。在该系统中，构成设备为太阳能电池板、汇流箱、逆变器等。太阳能电池板主要实现光电转化，在转换期间，可以通过多晶体硅来完成，并使用可变电源系统、电缆、开关柜等相应设备。在逆变器中，一般选择最大功率跟踪技术，通过直交电流的转换来符合相应标准。在转化电能中，控制器与外部传感器连接，并实时控制外部环境以及光电阵列，以此来保障光电阵列的正常使用。由于没有直接将电器连接于光伏与发电系统之间，所以光伏场电网将会持续处于工作状态，便于有关人员检查相应系统。在对光耦进行选择时，需要将光耦数量减少，并将光电电缆数量降低，这有利于控制相应的建设成本，并保障子系统的发电率。

4.5 选择合适的光伏安装容量

在大型光伏电站电气设计中，需要选择合适的光伏安装容量，这有利于充分应用光伏系统所产生的能量。另外，需要对电网体系进行有效维护，避免损坏设备。有关人员需要根据实际情况选择合适的光伏安装容器，并对其进行综合分析，全面考察相应系统中的负载状况，进一步保障对能量的合理利用。所以，需要统计相应系统负荷一天的用电量，并将电能产生特点进行有效结合，科学计算电能损失，以此来保障系统产电数量的精准性、有效性，有利于明确网络的安装容量。不同国家在并网系统方面对安装容量有不同要求。

4.6 完备监控系统

在大型光伏电站电气设计中，需要完善监控系统，并将其科学合理应用，以此来保障供电的稳定性。在光伏区的设计过程中，通常需要将升压站设计其中，但距离会较远，为保障信息的高效传输，就需要充分运用监控系统，并将干扰光纤充分运用其中，以此来保障相应设备的监测功能。同时，在进行监测设备安装时，需要实时监测光伏发电站的有效性。在安装监控系统时，可以在重要部位进行监测，比如光伏区箱变、主控室、户外配电装置等。

4.7 科学设计直流线路

在大型光伏电站电气设计中，需要科学设计直流线路，以此来保障安全稳定运行。在设计直流线路时，首先，需要明确耐压等级，一般超过光伏方阵的输出最大电压1.25倍，能够保障相应线路的安全使用。其次，需要明确该线路的定额载流量与短路保护器定值的比值，一般超过1.0。最后，在该线路中，需要保障低于2%的整体损耗率，并明确该线路定额功率的电压损耗处于3%以内。

5 结语

在电气技术中，系统主要包括逆变器、升压系统、接地系统、光伏组件等设备。在设计大型光伏电站电气系统时，需要科学设计电气主接线并网，并合理设计太阳能电池组件、逆变器。另外，有关人员需要科学设计防雷系统以及接地网，对光伏阵列也需要根据当地实际情况合理设计，并选择合适的光伏安装容量，将监控系统充分应用其中，以此来保障直流线路的安全使用。