大型光伏電站電氣設(shè)計(jì)與分析

劉海濤

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)對(duì)電力的需求也逐漸增加，這有效地推動(dòng)了電力企業(yè)的發(fā)展。光伏發(fā)電以其明顯的優(yōu)勢(shì)被廣泛關(guān)注，大范圍的光伏電站建立起來。但是僅僅規(guī)模龐大的電站建設(shè)并不是我們真正追求的，只有整個(gè)領(lǐng)域得到長(zhǎng)足發(fā)展、實(shí)現(xiàn)真正的經(jīng)濟(jì)收益才是我們的目的。因此，電氣設(shè)計(jì)作為電站建設(shè)中的重要一環(huán)，我們應(yīng)給以足夠的關(guān)注。本文就大型光伏電站電氣設(shè)計(jì)展開探討。

關(guān)鍵詞：大型;光伏電站;電氣設(shè)計(jì)

引言

近年來，在國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召下，各行業(yè)均在攻堅(jiān)克難的減少碳排放量，保護(hù)環(huán)境。伴隨補(bǔ)貼大幅縮水，投資成本降低，新形勢(shì)下，如何設(shè)計(jì)適應(yīng)我國(guó)新形勢(shì)并網(wǎng)光伏電站成為我們?cè)O(shè)計(jì)工程師深究的課題。

1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

有資料表明到2050年，美國(guó)電力供給的80%將來自可再生能源，其中光伏總裝機(jī)將達(dá)到300GW，占總電力裝機(jī)的27%。預(yù)計(jì)到2030年美國(guó)國(guó)內(nèi)50%的居民用電來自太陽能，相當(dāng)于l00GW裝機(jī)容量。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)在近幾年發(fā)展得非常迅猛，組件產(chǎn)量全球份額過半，光伏發(fā)電工程如雨后春筍般遍地丌花。2015年我國(guó)明確了今后能源發(fā)展的總體方略、行動(dòng)綱領(lǐng)和行動(dòng)計(jì)劃。計(jì)劃到2020年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到15%，天然氣比重達(dá)到10%以上，煤炭消費(fèi)比重控制在62%以內(nèi)。加快發(fā)展太陽能發(fā)電勢(shì)在必行，有資料表明，我國(guó)計(jì)劃到2020年光伏裝機(jī)累計(jì)達(dá)到150GW，其中地面電站70GW，分布式80GW。在這種情況下，完善和提高我國(guó)光伏電站的設(shè)計(jì)水平，己成為光伏電站要進(jìn)一步發(fā)展的大形勢(shì)下的一個(gè)迫切的需求。

2光伏電站簡(jiǎn)介

光伏電站的能量來源主要是太陽能，電站所運(yùn)用的材料設(shè)備通常有逆變器、晶硅板等特殊材料，光伏電站和電網(wǎng)進(jìn)行連接，同時(shí)將電能傳輸給相連的電網(wǎng)，這樣便組成了一個(gè)完整的光伏發(fā)電體系。光伏電站以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)獲得我國(guó)的大力支持和推廣。光伏電站主要包括并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，兩者之間的差別為是否帶有蓄電池。光伏發(fā)電的產(chǎn)品目前被應(yīng)用在以下三個(gè)方面：第一種是給沒有電能的地方供給電能;第二種是用于人們生活中的產(chǎn)品，例如太陽能電燈、太陽能充電器等;第三種是進(jìn)行并發(fā)發(fā)電，這在我國(guó)暫時(shí)還沒有得到大范圍的普及應(yīng)用，但在發(fā)達(dá)國(guó)家已被成熟應(yīng)用。

3太陽能資源

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由蓄電池、光伏電池、交直流逆變器、太陽能是世界上最為豐富的永久能源，在能源問題日益凸顯的今天，太陽能光伏發(fā)電作為一種新興的可再生能源而受到廣泛關(guān)注。控制器等部件構(gòu)成的。蓄電池用于存儲(chǔ)從光伏電池轉(zhuǎn)換來的電力，光伏電池用于光電轉(zhuǎn)換，交直流逆變器用于交直流轉(zhuǎn)換，最大限度地把光伏電池轉(zhuǎn)換的電能送入電網(wǎng)?？刂破饔糜诳刂普麄€(gè)系統(tǒng)的全過程。相較于生物質(zhì)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，光伏發(fā)電沒有噪音，沒有枯竭危險(xiǎn)，安全可靠，絕對(duì)干凈。我國(guó)是太陽能資源相對(duì)豐富的國(guó)家，具有利用太陽能進(jìn)行光伏發(fā)電的優(yōu)越條件。按照接受太陽能輻射量的大小，我國(guó)大致上可分為以下五類地區(qū)：一類地區(qū)為太陽能資源最豐富地區(qū)，二類地區(qū)為太陽能資源較豐富地區(qū)，三類地區(qū)為太陽能資源中等類型地區(qū)，四類地區(qū)為太陽能資源較差地區(qū)，五類地區(qū)為太陽能資源最少地區(qū)。

4主要設(shè)備選擇

4.1光伏逆變器

光伏逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)核心，決定系統(tǒng)整體方案的設(shè)計(jì)決定系統(tǒng)整體壽命的長(zhǎng)短決定系統(tǒng)整體效率的高低決定系統(tǒng)故障率的高低決定系統(tǒng)智能化的高低。根據(jù)光伏逆變器與系統(tǒng)連接方式分類：（1）集中型逆變器（單機(jī)功率≥100Kw）;（2）組串型逆變器（分單相和三相輸出，單機(jī)功率≤30kW）;3）微型逆變器（與單件組件配合使用，單機(jī)功率≤350W）。

4.2光伏系統(tǒng)配置

要使光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，必須充分考慮以下因素：組串設(shè)計(jì)、最佳傾角設(shè)計(jì)、組件性能、影響因素、光伏組件安裝方式、前后排間距計(jì)算。

4.3光伏匯流箱

方陣連接盒是連接太陽電池方陣和逆變器專用器件，主要功能有太陽電池過載保護(hù)、雷擊保護(hù)、過壓保護(hù)、多路太陽能方陣并聯(lián)等功能。在設(shè)計(jì)選型時(shí)，重點(diǎn)要求箱體結(jié)構(gòu)、光伏組串過流保護(hù)、防雷、通信、顯示功能、外殼防護(hù)等級(jí)、安全、浪涌、環(huán)境要求、溫升等十個(gè)方面的因素。

5光伏電站電氣設(shè)計(jì)

5.1電氣主接線并網(wǎng)型

光伏電站的集電線路方案一般采用每個(gè)發(fā)電單元分別接入35kV配電裝置的方案。該方案簡(jiǎn)單清晰、安全可靠、運(yùn)行靈活、便于維護(hù)管理。站用電并網(wǎng)型光伏電站一般設(shè)置兩臺(tái)站用變壓器，一臺(tái)工作變壓器由市電電源引接，另一臺(tái)備用變壓器由發(fā)電廠內(nèi)的高壓配電裝置引接。站用變壓器一般主要為控制周邊負(fù)荷供電，不為就地逆變站的負(fù)荷供電。由于目前國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電的電價(jià)比當(dāng)?shù)剞r(nóng)電或市電價(jià)格高，在實(shí)際運(yùn)行中，通常將引接在施工電源的變壓器作為工作變壓器使用，以降低運(yùn)行成本。

5.2接地系統(tǒng)

光伏電站接地系統(tǒng)應(yīng)滿足《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50797-2012）光伏方陣接地系統(tǒng)要求，光伏方陣接地應(yīng)連續(xù)、可靠，接地電阻不大于4Ω。經(jīng)電氣計(jì)算、經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較及方案論證，對(duì)于荒山光伏電站接地系統(tǒng)研究出一套集約型接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。集約型接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案主要由水平接地系統(tǒng)、垂直接地系統(tǒng)以及自然接地系統(tǒng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工難度，考慮光伏電站特性，光伏電站主接地網(wǎng)采用外圈閉合直埋方式，接地主網(wǎng)路徑與主要電纜通道結(jié)合，采用同溝敷設(shè)方式，支架之間采用明敷熱鍍鋅扁鋼直接相連方式，整個(gè)場(chǎng)區(qū)構(gòu)成一個(gè)完整的接地網(wǎng)絡(luò)。集約型接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案是一種即能滿足光伏電站接地功能，又能減少施工工程量，減少對(duì)環(huán)境的破壞，很大程度上降低了工程投資，主要有以下優(yōu)勢(shì)：（1）投資低;（2）施工速度快;（3）環(huán)境破壞小;（4）負(fù)責(zé)地形調(diào)整靈活。

5.3光伏方陣的設(shè)計(jì)

光伏電池方陣設(shè)計(jì)要點(diǎn)：根據(jù)建筑光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的容量和光伏組件的類型、規(guī)格、數(shù)量確定安裝位置和安裝方式;根據(jù)逆變器的額定直流電壓、最大功率跟蹤控制范圍、光伏組件的最大輸出工作電壓及其溫度系數(shù)，確定光伏組件的串聯(lián)數(shù);根據(jù)逆變器容量及光伏組串的容量確定光伏方陣內(nèi)光伏組串的并聯(lián)數(shù);同一組串內(nèi)，組件電性能參數(shù)宜盡可能一致，其最大工作電流Im的離散性應(yīng)小于±3%;光伏方陣應(yīng)高效利用太陽能的方位角和傾角方式安裝。

5.4預(yù)裝式變電站的選擇

預(yù)裝式變電站是將變壓器、多回路高壓開關(guān)系統(tǒng)、無功補(bǔ)償裝置、絕緣母線、繼電保護(hù)和變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電能計(jì)量及狀態(tài)監(jiān)測(cè)、視頻安防等電氣一次、二次設(shè)備，按照系統(tǒng)性、安全性、可靠性、易維護(hù)、一體化的原則安裝在一個(gè)全封閉框架式鋼結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，是集設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和服務(wù)于一體的交鑰匙型變電站產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)建設(shè)一座變電站向購買一座變電站的跨越。預(yù)裝式變電站特點(diǎn)如下：（1）節(jié)省土地、減少維護(hù)成本。集成變電站占地僅為常規(guī)電站的2/3，節(jié)省了大量土地資源。（2）工廠預(yù)制化、建設(shè)周期短。周期由原來4-5個(gè)月，縮短到2-3個(gè)月。（3）環(huán)保。全封閉鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大大降低了變電站對(duì)外部的電磁污染，在運(yùn)行過程中噪音明顯下降，且在光伏電站25年壽命期后回收可利用率高達(dá)95%。

結(jié)語

綜上所述，我國(guó)光伏并網(wǎng)裝備和關(guān)鍵技術(shù)逐漸被人們所重視，并且正在快速發(fā)展。電氣設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但是在系統(tǒng)造價(jià)方面還有一定的進(jìn)步空間。相信隨著我們不斷的努力，加之科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)光伏發(fā)電領(lǐng)域一定會(huì)取得更好的成果。

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