分布式光伏電站設計中幾項關鍵電氣設計技術

周浩　姜姍

1、概述

隨著我國不可再生能源保有量日益減少，發(fā)展新能源是解決這一問題最有效方法之一。其中分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)憑借其電能可就地消化、占地面積小等優(yōu)勢在未來有很好的發(fā)展前景。隨著國家發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)逐漸向分布式傾斜，好多企業(yè)都投入到分布式光伏電站設計這一行業(yè)來。

但是，通過對一些企業(yè)設計資料的研究中發(fā)現(xiàn)，設計中出現(xiàn)了一些關鍵問題如果不解決，光伏電站的可靠性和安全性會受到嚴重的影響。下面對比較常見的設計問題進行分析。

2、與SPD串聯(lián)的過電流防護電器的選擇

在分布式光伏電站電氣設計中，直流配電柜中需要設置SPD以便于雷擊時，逆變器或變壓器免受損害。與SPD串聯(lián)的過電流防護電器在國內(nèi)有熔斷器和斷路器兩種選擇。

當選用斷路器時，會導致以下兩個問題：

（1）斷路器內(nèi)有一具有很多匝數(shù)的大電感線圈，這個線圈作為短路防護的電磁脫扣器，但是會增大SPD連接線上的電感L和其電壓降Ldi/dt，這將提高被保護設備承受的雷電沖擊電壓。

（2）易誤動作而使SPD不起作用。

當采用熔斷器將不會產(chǎn)生以上問題，所以在國外與SPD串聯(lián)的過電流保護電器幾乎全部采用熔斷器。

但是，目前國內(nèi)的光伏設計人員在設計過程中，不善于使用熔斷器而習慣使用斷路器。實踐表明，過多的使用斷路器常因雷電的沖擊電流而跳閘，有大面積停電的可能。還有的設計人員將三級斷路器的每級分別與SPD串聯(lián)，在這種情況下，如果有一個SPD短路失效，三級斷路器就會跳閘，其它兩個SPD被切斷，這樣就失去防雷的作用。

3、直流回路中保護器件的選擇

太陽能光伏電池、直流匯流箱、直流配電柜到并網(wǎng)逆變器直流輸入端之間都是直流電。在直流配電柜中需要安裝斷路器對直流回路進行保護。由于目前將交流斷路器用于直流回路的現(xiàn)象普遍存在，所以需要考慮這種用法的可行性。

斷路器能在規(guī)定的時間內(nèi)承載和開斷異?；芈窏l件下的電流。斷路器分斷時，分斷觸頭間會產(chǎn)生電弧。交流系統(tǒng)滅弧相對容易，直流系統(tǒng)滅弧卻相對困難。由于交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)不同，所以滅弧原理不同，因此交流斷路器與直流斷路器在結(jié)構(gòu)和性能上有很大區(qū)別。

交流回路在觸頭分斷時，電弧存在過零點。但是在直流回路卻不存在電弧過零點，這也決定了交流斷路器和直流斷路器的設計原理不同，原則上交流斷路器不宜在直流電路中。如果交流斷路器用于直流回路，可以采用以下辦法：

（1）在直流回路降容使用。交流斷路器用于直流回路，其分斷能力降為同等電壓交流分斷能力的1/5～1/8。比如交流斷路器的分段能力為10kA（220VAC），那么用于直流回路中，它的分斷能力降為2kA（220VDC）。

（2）在直流回路中多極串接使用。斷路器多極串接的作用是增加斷口，使每一個斷口承擔一部分電壓和相應的電弧能量。比如一個四極交流斷路器串接于直流回路中，每個斷口將承受電壓為0.25U（U為220VAC，則每個斷口承受的電壓為55VAC）。

4、光伏直流電纜的選擇

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中的直流電纜一般采用與組件相同的電纜。光伏組件用電纜（PV-電纜）目前尚無國家或行業(yè)標準，一般參考德國標準化委員會PV-系統(tǒng)用電纜K411.2.3。

PV光伏電纜適用于最高允許1.8kV直流電壓、在光伏系統(tǒng)中DC側(cè)使用的單芯軟電纜。適合于Ⅱ類安全等級下使用。DC側(cè)是指光伏裝置中從光伏組件、匯流箱、直流配電柜到光伏并網(wǎng)逆變器直流端子之間的部分。光伏設備用無鹵PV1-F電纜是根據(jù)光伏發(fā)電設備所處的特殊環(huán)境條件設計的，主要用于光伏電站的DC側(cè)，最高電壓DC1.8kV的光伏發(fā)電設備系統(tǒng)。電纜運行的環(huán)境溫度最高到90℃。電纜可以多根并聯(lián)使用。

由于分布式光伏電站所處的惡劣環(huán)境，決定了光伏電纜與常規(guī)電纜相比，具有以下特性：

（1）溫度范圍：

環(huán)境溫度：-40～90℃；

導體最高工作溫度：120℃；

5s短路溫度是200℃；

（2）額定電壓

DC：1.8kV（線芯對絕緣電壓）

（3）具有良好的耐紫外線，抵御惡劣氣候環(huán)境和經(jīng)受機械沖擊能力。

（4）具備良好的抗臭氧和耐化學腐蝕特性。

（5）具備良好耐濕熱（90℃，85%濕度，1000h）性能。

（6）良好低溫卷繞和低溫彎曲性能。

（7）120℃工作條件下，超過20年的使用壽命。

由此可見，常規(guī)的電力電纜無法應用于光伏電站的設計中。

5、結(jié)語

針對目前分布式光伏電站設計中的誤區(qū)，將其中比較重要的三項關鍵問題進行詳細闡述，并給出相應的解決方法，為后續(xù)分布式光伏電站的設計提供理論依據(jù)。

（作者單位：1.沈陽裕發(fā)電力工程設計有限公司；2.沈陽工學院）