分布式光伏电站设计中的电气设计技术分析

邬邦发

（德京集团有限公司，福建 宁德 352100）

0 引言

随着能源供给方式和结构转型，分布式光伏电站成为可持续发展能源的一个重要形式。电气设计是分布式光伏电站建设中至关重要的环节。对于电气设计而言，准确的技术分析和总结能够为分布式光伏电站的建设提供技术保障，提高发电能力和电网并网能力，降低建设成本和运行维护成本，为可持续能源的发展作出贡献。然而，目前分布式光伏电站的电气设计技术和系统构建技术仍存在诸多挑战和难点，如何有效降低发电成本、提高电网接入并网功率、保障电站安全运行等方面，这些问题都须要相关人员进行认真思考和深入研究。

1 绝缘协调技术

绝缘协调技术是分布式光伏电站中非常重要的电气设计技术之一。它是指在电力系统中，保证电气设备与电源之间的电气安全和稳定性的一项技术。在分布式光伏电站的设计中，采用绝缘协调技术可以避免电气设备之间的相互干扰，提高电气设备的使用寿命并保障电站的安全运行。

1.1 绝缘电阻检测

绝缘电阻检测是检测电气设备绝缘状况的一种方法。在分布式光伏电站的设计中，应当进行定期的绝缘电阻检测，确定各电气设备的绝缘状况是否达到设计标准。如果绝缘电阻过低，可能导致电气设备产生漏电现象，影响电站的安全运行。因此，绝缘电阻检测对于保证电气设备稳定运行和电站的安全至关重要。

1.2 电缆的协调

电缆的协调是指电缆之间的绝缘层应该能够相互协调，相互之间均不发生电晕、放电和击穿现象。为此，须要采用正确的电缆绝缘材料，且在电缆敷设时注意绝缘间距。电线电缆敷设时，绝缘间距的大小直接影响到电线电缆之间的耗电量和电气设备的使用寿命[1]。

1.3 开关设备的协调

在分布式光伏电站的设计中，采用正确的开关设备对于保障电站的电气安全和稳定运行至关重要。开关设备应当在极短的时间内断开电路并且不会发生电晕、放电和击穿现象，避免电气设备损坏和人身安全风险。因此，在分布式光伏电站的设计中，应当选择耐压性能好、操作可靠的开关设备，并进行必要的协调设计。

1.4 保护装置协调

保护装置是电力系统中重要的电气设备，对于保障电站的安全运行起到至关重要的作用。在分布式光伏电站的设计中，应当根据实际情况选择合适的保护装置，并进行无误操作的协调设计，确保保护装置能够在故障发生时及时地保护电气设备和工作人员的安全。绝缘协调技术在分布式光伏电站的电气设计中扮演着重要的角色。它可以帮助电气工程师设计出安全可靠、稳定运行的电站。同时，在日常维护中，也要注重保持各电气设备的绝缘状况和切实维护电站的安全。

2 并网保护技术

光伏电站的并网保护技术涉及多个方面，须要在设计之初充分考虑各种电气隐患和电力质量问题，合理地配置保护措施，从而确保电站的稳定运行。

2.1 反孤岛

反孤岛分析是指在电网停电或故障时，确保电站立即断开与电网的并联，避免电站形成“孤岛”，从而保障电网的安全稳定运行。反孤岛分析技术的实施须要利用先进的电力系统监测设备，包括电压、电流、功率、频率等参数的测量和记录设备。借助这些设备，可以对电网的状态进行实时监测，并及时识别出电网停电、故障等异常情况。当电站检测到异常时，它必须立即启动反孤岛分析技术，自主断开与电网的并联，避免形成“孤岛”，以确保电站的稳定运行，并从根本上保障电网的稳定和安全。

2.2 防孤岛

在光伏电站设计中，为了确保电网的稳定性和安全性，在并网保护技术中须要采用防孤岛分析技术。防孤岛分析技术可以有效避免因电力系统出现故障而导致的孤岛现象，使得电网保持稳定状态。在防孤岛分析技术中，须要对电力系统进行模拟和仿真，确定孤岛现象的可能性和危险程度，并采取相应的保护措施。

2.3 故障解列装置

故障解列装置是光伏电站设计中的一项关键技术，其作用是在电网发生故障时快速切断故障电路，保护发电机和电网设备的安全运行。故障解列装置包括故障检测、位置定位、决策分析和切断电路等功能。在故障解列装置的设计中须要考虑多种故障模式和可能的故障类型，并根据不同的故障类型采取不同的保护策略。同时，还须要考虑装置的速度和可靠性，以确保在故障发生时能够快速响应和切断故障电路，避免电网更大范围的损失[2]。基于并网保护技术的运用解决的故障类型如表1所示。

表1 并网保护技术故障检测与处理表

3 电缆布线设计技术

分布式光伏电站建设中，电缆布线设计是非常重要的一环。电缆布线不仅关系到电站发电效率和安全性，还关系到电站的维护难度和成本。因此，了解电缆布线设计技术是很有必要的。电缆选型是电缆布线设计的重要环节。在选型时，应首先考虑电缆的电压等级、截面积和材料等因素。电缆的电压等级要符合电站的负荷电压要求，电缆截面积要满足电流载荷要求，电缆材料要耐高温，耐磨损、防腐、防水等性能。

3.1 布线方案设计

根据电站的实际情况，布线方案设计包括电缆搭配、布线路线、电缆敷设方式等。电缆的搭配根据实际情况来确定，例如将直流电缆和交流电缆分离，避免串扰和干扰。布线路线设计时应考虑到电缆长度、电缆径路的多少和长度等因素。电缆敷设方式包括架空敷设、电缆槽道敷设等多种方式，应根据实际情况进行选择。

3.2 保护措施

在电缆布线设计中，保护措施也是非常重要的。保护措施包括电缆的保护措施和人员的保护措施。电缆的保护措施包括电缆护套和绝缘层的保护，防止电缆受到机械损坏和化学腐蚀。人员保护措施包括将电缆埋入地下、设置防护栏杆和安装标志等。

3.3 节能措施

在电缆布线设计中，节能措施也是一个重要的方面。节能措施可以减少电线电缆的损耗和浪费，进而提高电站的发电效率。节能措施包括增加电流密度、减小电缆长度、增加绝缘层厚度和选用低能耗的电线电缆等。可见，电缆布线设计是分布式光伏电站建设中不可缺少的环节，应当根据实际情况进行选择和设计。应选用合适的电缆材料、设计合理的布线方案、加强保护措施和采用节能措施，为电站的发电效率和安全性提供保障。

4 变压器设计

随着光伏发电技术的不断发展，分布式光伏电站越来越受到人们的关注。在分布式光伏电站的设计中，变压器起着至关重要的作用，设计合理的变压器能够有效地提高光伏电站的发电效率和电网连接的稳定性[3]。分布式光伏电站是通过多个光伏组件将太阳能转换为电能，然后通过变压器进行电压升降后接入电网进行供电。变压器具有电压升降、电能传输、功率转换等功能，是将发电电压升高到电网运行电压或将电网运行电压降低到负载电压的必要设备。同时，变压器能够将交流电的电压和电流进行调整，以满足不同电力需求。

温度控制。变压器的散热效果对于其发挥性能至关重要。在分布式光伏电站设计中，应根据光伏发电机组的功率、运行环境、负载情况等因素，选择合适的变压器型号和容量，并合理规划变压器的散热设置，以确保其正常工作。

电流控制。在光伏发电过程中，由于其电压和电流的波动可能会对电网造成影响，因此须要通过变压器进行电流的调节，使光伏电站电流输出稳定。同时，变压器也能够实现电力传输效率的提升。

5 逆变器设计

随着分布式光伏电站的逐渐流行，逆变器在其中扮演着一个重要的角色。逆变器主要是将直流电能转换成交流电能，以满足电网对电能的要求。因此，逆变器的设计技术对于分布式光伏电站的性能和效率具有至关重要的影响。通过分析分布式光伏电站中的逆变器设计技术应用，从而更好地理解逆变器的设计和应用。

5.1 MPPT 技术

MPPT 技术是逆变器中的关键技术之一。MPPT是最大功率点追踪的缩写，可以实现在不同光照条件下，光伏电池板系统输出功率的最大化。因此，逆变器须要具备良好的MPPT 技术，才能最大限度地提升光伏电站的能量利用效率[4]。

5.2 效率提升技术

逆变器的效率直接决定了光伏电站的效率。因此，逆变器设计中必须注重如何提升其效率。目前，主要的提升技术包括光伏电流注入、反通断续技术、封闭式换流技术等。这些技术的应用都能有效提升逆变器的效率，进而提高光伏电站的总体效率。

5.3 基于多级拓扑结构的设计

随着科技的发展，多级拓扑结构在逆变器设计中得到了广泛的应用。多级拓扑结构中大大减少了逆变器中电子器件的压力，有助于提高电子器件的寿命和稳定性，进而提高逆变器的总体性能。因此，逆变器设计中的多级拓扑结构也是一个重要的技术。

5.4 多种保护措施的应用

逆变器在安全性方面也是一个非常关键的问题。因此，在逆变器设计中有必要考虑多种保护措施的应用。目前，主要的保护措施包括具备防孤岛保护、低电压穿越、直流反接保护、交流短路保护、漏电流保护、电网监控、直流开关、组串监测、浪涌保护等基本功能。这些保护措施能有效提高逆变器在使用过程中的安全性和稳定性。一定程度而言，逆变器设计技术对于分布式光伏电站性能和效率的影响非常重要。在逆变器的设计中，应注重MPPT 技术、效率提升技术、多级拓扑结构的应用和保护措施的应用等关键技术的应用，以达到提高逆变器性能和光伏电站总体效率的目的。

6 支架设计技术

光伏电站是一种利用太阳能发电的设施，它通常由大量的光伏组件组成。在设计分布式光伏电站时，支架设计技术是非常重要的一环。在光伏电站中，常用的支架类型包括固定支架、倾斜支架和可调式电动支架。具体选择哪种支架类型须要根据光伏电站的具体情况来决定[5]。

地形地貌：地形地貌是光伏电站支架设计的基础之一，须要根据所在地的地形地貌进行定位，并根据地势高低设计支架高度。

风荷载和雪荷载：设计支架时须要考虑所在地的风荷载和雪荷载，以确定支架的材料和结构，确保支架在强风和大雪气候下的稳定性。

太阳能利用率：支架的高度和倾斜角度会影响太阳能的利用率，须要根据光伏电站的布置和所在地的光照情况进行调整，确保光伏组件能够最大化地吸收太阳能。

设计约束：支架结构的设计须要满足一系列的设计约束条件，如安全性、可靠性、耐久性等，同时还须要考虑施工、运输和维护等因素。

在实际的光伏电站设计中，支架设计技术的应用非常广泛。例如，在山区光伏电站的设计中，设计师须要考虑山区复杂的地形地貌和气候条件，选择合适的支架类型和材料，确保电站的稳定性和安全性。在屋顶光伏电站的设计中，设计师须要根据屋顶的结构特点和风荷载，选择合适的支架类型和固定方式，确保支架与屋顶的连接牢固可靠。在荒漠地区光伏电站的设计中，设计师须要考虑沙尘暴和高温炎热的环境，选择合适的支架材料和防尘措施，以确保光伏电站的长期稳定运行。

7 结束语

分布式光伏电站电气设计涉及多个技术领域，要求设计者具备跨学科的知识背景和对电气设计技术的深刻理解。本文从绝缘协调技术、并网保护技术、电缆布线设计技术等角度出发，分析了电气设计中的技术的具体运用情况，为分布式光伏电站的电气设计提供了技术参考和实践指导。不可忽视的是，电气设计是分布式光伏电站建设中极为重要的一环，其合理性和可靠性直接决定着分布式光伏电站的电能转换效率、发电量、安全稳定性和经济性。未来，随着分布式光伏电站规模的不断扩大和技术的不断创新，电气设计技术也将不断发展和优化，提高电站的效益和可持续性，为推进可持续能源发展做出更大的贡献。