光伏電站電氣設(shè)計淺析

劉德元 / 國華（榆林）新能源有限公司

光伏電站電氣設(shè)計淺析

劉德元 / 國華（榆林）新能源有限公司

光伏發(fā)電工程在煤礦塌陷區(qū)，不占用耕地。發(fā)電能源全部是利用太陽能資源，對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境影響較小，國華神木大柳塔一期光伏并網(wǎng)發(fā)電項目屬榆林市長城沿線400公里規(guī)劃光伏產(chǎn)業(yè)帶的一部分，規(guī)劃容量為100M W，本期規(guī)模為50M W。本文通過對這一項目的電氣設(shè)計進行簡要介紹、分析和總結(jié),提出一些設(shè)計體會,供并網(wǎng)光伏電站設(shè)計同行和建設(shè)單位的技術(shù)人員參考。

光伏電站；電氣設(shè)計；可行性研究

1.項目背景

國華神木大柳塔一期光伏并網(wǎng)發(fā)電項目站址位于陜西省榆林市神木縣大柳塔鎮(zhèn), 位于陜西電網(wǎng)330kV 麟州變電站供電區(qū)。該處為煤礦塌陷區(qū)，是沙漠丘陵地帶。330kV 麟州變電站是陜西電網(wǎng)西北方向的末端站點，主供9 座110kV 系統(tǒng)及用戶變電站。

2.方案設(shè)計

2.1 工程接入電力系統(tǒng)方案

本工程總體規(guī)劃建設(shè)光伏發(fā)電容量100MWp，本期裝機容量50MWp。光伏電站本期新建一座110kV升壓站，以110kV電壓等級并入電網(wǎng)。本期工程以一回110kV線路接入110kV大柳塔變電站，線路總長度4.06km。

2.2 電氣接線方案

2.2.1 光伏場內(nèi)電氣主接線

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、并網(wǎng)逆變器、箱式變壓器等設(shè)備組成。太陽能通過光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電，再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電，升壓后并入電網(wǎng)。

2.2.2 110kV 升壓站電氣主接線

本工程新建一座110kV 升壓站，規(guī)劃建設(shè)2 臺50MVA 主變壓器，本期建設(shè)一臺。110kV 采用單母線接線方式，110kV 配電裝置采用戶外敞開式布置。

2.3 主要設(shè)備選型和布置

2.3.1 光伏場

（1）匯流箱布置在電池板方陣中，采取戶外安裝方式，固定在光伏組件支架上。電池板與匯流箱、匯流箱與逆變器內(nèi)直流匯流端之間的電纜通過直埋方式相連。

（2）本工程推薦采用1MW集中逆變箱房，含兩臺500kW逆變器、直流柜、通訊柜等。

（3）本工程采用兩臺500kW并網(wǎng)逆變器接入一臺雙分裂升壓變壓器，分裂變低壓側(cè)為兩個獨立繞組，每個繞組對應(yīng)一只逆變器，根據(jù)逆變器容量，分裂變?nèi)萘窟x用1000/500-500kVA。

（4）箱式變壓器緊鄰逆變器箱房布置。為減少線損，用大截面電纜連接。箱式變壓器與逆變器之間的電纜通過直埋方式相連。

2.3.2 110kV升壓站

本期工程設(shè)備選型如下：

（1）主變壓器選用三相雙繞組有載調(diào)壓變壓器，散熱器與主變本體成一體式布置，冷卻方式為油浸自冷ONAN。容量50MVA，型號SZ11-50000/110，變比115±8x1.25％/38.5kV，阻抗Uk =10.5％，接線組別YN，d11。主變壓器采用戶外布置。

（2）110kV配電裝置

110kV配電裝置采用戶外敞開式布置，本期配置主變進線間隔1個、母線設(shè)備間隔1個、110kV出線間隔1個。主要設(shè)備參數(shù)：

110kV斷路器：采用SF6斷路器，額定電流2000A，開斷電流40kA；

110kV隔離開關(guān)：額定電流2000A，開斷電流40kA；

110kV電流互感器：主變進400～800/5A,5P20/5P20/5P20/5P20/ 0.5/0.2S。

出線 600～1200/5A,5P20/5P20/5P20/5P20/0.5/0.2S。

（3）35kV采用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜，光伏進線、接地變進線及主變進線斷路器選用真空斷路器，無功補償進線選用SF6斷路器。

35kV主變進線開關(guān)柜：額定電流1250A ，開斷電流31.5kA；

35kV光伏進線開關(guān)柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

35kV無功補償開關(guān)柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

35kV接地變兼站變柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

（4）35kV無功補償采用SVG動態(tài)無功補償裝置，容量±12.5Mvar。

（5）35kV中性點采用經(jīng)小電阻接地方式，采用接地變及小電阻接地成套裝置，戶外布置。

2.4 控制及保護

2.4.1計算機監(jiān)控系統(tǒng)

本工程設(shè)置計算機監(jiān)控系統(tǒng)一套，全面監(jiān)控光伏場及110kV升壓站的運行。在110kV升壓站內(nèi)設(shè)置獨立的監(jiān)控室，按照“少人值班，無人值守”設(shè)計。

2.4.2保護配置

110kV主變保護按照單主單后配置，組屏布置于繼保室內(nèi)。主變保護配置差動保護、過流保護、零序過流保護和非電量保護等。

110kV出線配置一套線路光纖差動保護。

35kV配電裝置配置速斷保護、過流保護等。保護測控裝置安裝在35kV開關(guān)柜內(nèi)。保護測控裝置將所有信息上傳至計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

110kV及35kV母線各配置一套母線差動保護。

箱式變壓器設(shè)置過流速斷保護、高溫報警、超溫跳閘保護、輕瓦斯報警、重瓦斯調(diào)整保護等，跳閘保護動作后跳高低壓側(cè)開關(guān)。箱變高低壓開關(guān)柜刀閘位置、保護動作、變壓器非電量等信息通過通訊傳至計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

逆變器具備極性反接保護、短路保護、孤島效應(yīng)保護、過熱保護、過載保護、接地保護、低/零電壓穿越功能等，裝置異常時自動脫離系統(tǒng)。

2.5 通信

通信系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)通信，場內(nèi)通信以及對外通信。

2.5.1系統(tǒng)通信

本電站以一回110kV線路出線至110kV大柳塔變電站，敷設(shè)光纜通道。

2.5.2場內(nèi)通信

場內(nèi)通信本期設(shè)置設(shè)置一臺48門具有調(diào)度功能的數(shù)字式程控交換機，并配套設(shè)置數(shù)字錄音設(shè)備，對調(diào)度通話進行自動錄音。

2.5.3對外通信

對外通信主要是光伏電站至當(dāng)?shù)仉娫捑值闹欣^通信線路和直通用戶線路。根據(jù)光伏電站布置規(guī)模和交換機容量以及通信業(yè)務(wù)量大小，在110kV升壓站與電網(wǎng)變電站之間敷設(shè)市話電纜。

2.5.4通信電源

站內(nèi)的通信系統(tǒng)設(shè)備采用直流供電，由通信蓄電池及高頻開關(guān)電源提供可靠48V直流電源。

3.淺析主要設(shè)計方案

3.1站場選址方案的分析

本工程站場選在煤礦塌陷區(qū)，既不占用耕地，又能減少征地費用。做到對環(huán)境影響最小化。

3.2 光伏組件選型方案的分析

開發(fā)太陽能電池的兩個關(guān)鍵問題就是：提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池其光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率,目前電池轉(zhuǎn)化效率一般在5％-9％。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續(xù)而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定，衰減較快。但同時由于它的穩(wěn)定性不高，使用壽命短（10-15年）。因此本工程設(shè)計選用大功率的260W多晶硅電池組件。具有如下有點：使用壽命長，組件轉(zhuǎn)換效率最高，晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單，在開闊場地上使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，布置緊湊，可節(jié)約場地等優(yōu)點。

3.3光伏陣列運行方式的設(shè)計方案分析

目前大型地面光伏電站光伏支架的常用型式有兩大類：固定傾角式和跟蹤式。固定式布置從技術(shù)經(jīng)濟上要優(yōu)于逐日跟蹤式系統(tǒng)；另外逐日跟蹤式系統(tǒng)的發(fā)電量增加值還與太陽輻射中的直接輻射、散射輻射的比例密切相關(guān)，太陽輻射中散射輻射比例越大，逐日跟蹤效果越差，從太陽能資源分析結(jié)果來看，項目所在地太陽輻射中散射量的占比要達到30％以上，占比較高，這將直接影響到的逐日跟蹤效果。因此，本工程組件布置采用固定式安裝能獲得較大的太陽輻射能量。

4.結(jié)束語

本工程利用煤礦塌陷區(qū)作為光伏站場具有不占用耕地，減少征地費用。光伏組件選用大功率多晶硅電池板具有使用壽命長，組件轉(zhuǎn)換效率最高，晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單，使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，可節(jié)約場地等優(yōu)點，本工程組件布置采用固定式安裝能獲得較大的太陽輻射能量。本文通過這一項目實例，為同行業(yè)者提供了參考。

[1]《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》 GB/T19964.

[2]《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》 GB 50797.