光伏电站电气一次设计研究

光伏电站电气一次设计研究

发表时间：2018-12-17T17:01:03.857Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：王重洋王阳李博

[导读] 摘要：光伏发电是目前最具开发价值的可再生能源之一，在我国得到了快速的发展。

陕西省水利电力勘测设计研究院陕西西安 710001

摘要：光伏发电是目前最具开发价值的可再生能源之一，在我国得到了快速的发展。本文重点分析了光伏电站电气的一次设计。

关键词：光伏电站；电气；一次设计；

随着经济社会的发展，对电力的需求也在逐渐加大，光伏电站也有了一定的进步，对满足人们生活有着一定的意义。同时，开发利用可再生资源已成为我国缓解能源供需矛盾、减轻环境污染、调整能源结构的重要举措，建设光伏电站对实现可持续发展的能源战略起到积极的促进作用。

一、光伏电站简介

1、概述。光伏电站是指一种利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系，与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统，其可分为带蓄电池的独立发电系统和不带蓄电池的并网发电系统。光伏电站是目前属于国家鼓励力度最大的绿色电力开发能源项目。

2、工作原理。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池，太阳能电池经过串联后进行封装保护，可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件形成光伏发电装置。太阳能光伏组件将直射太阳光转化为直流电，光伏组串通过直流汇流箱并联接入直流配电柜，汇流后接入逆变器直流输入端，将直流电转变为交流电，逆变器交流输出端接入交流配电柜，经交流配电柜直接并入用户侧。

3、优点。①无枯竭危险；②安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）；③不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；④无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电；⑤能源质量高；⑥建设周期短，获取能源花费的时间短。

二、光伏电站电气系统

1、太阳电池组件的选型。太阳电池组件的类型一共有三种，分别是晶体硅太阳电池、薄膜太阳电池和非晶硅太阳电池，这三种电池各具优缺点。第一是晶体硅太阳电池，优点是成熟稳定、安全可靠，而且应用的范围较为广泛。晶体硅电池包括单晶硅和多晶硅电池，价格合理，效率较高。而晶体硅的缺点是，在光照和大气环境下，电池会出现能量衰竭的情况。第二是薄膜太阳电池，优点是高效低廉，性能稳定，缺点是原料稀缺，对大规模生产产生制约。第三是非晶硅太阳电池，优点是在弱光下，性能较好，缺点是电池转换的效率较低。综合上述三种电池类型，我国选择较多的是晶体硅太阳电池组件。

2、光伏汇流箱。方阵连接盒是连接太阳电池方阵和逆变器专用器件，主要功能有太阳电池过载保护、雷击保护、过压保护、多路太阳能方阵并联等功能。在设计选型时，重点要求箱体结构、光伏组串过流保护、防雷、通信、显示功能、外壳防护等级、安全、浪涌、环境要求、温升等方面的因素。

3、逆变器的选型。逆变器技术结构一共有三种类型，分别是集中式逆变器、组串式逆变器和组件式逆变器。第一是集中式逆变器，其优点是效率较高，成本较低，大型的集中逆变器可以联网，减少输电损耗，提高发电效率。第二是组串式逆变器，其优点是增加了发电量，减少阳光阴影带来的损失。第三是组件式逆变器，优点是应用范围比较大，缺点是铭牌容量较小。综合上述三种逆变器类型，我国市场上应用最多的是集中型逆变器。

4、交直流配电柜。在光伏电站电气系统中，交直流配电柜的输入端与光伏电站电气系统中的直流汇流箱相连接，其输出端则与光伏电站电气系统中的逆变器相连接。在具体的发电过程中，交直流配电柜其中的直流配电单元，实现了与光伏组件输入的直流电源的汇流，之后再将其接入到逆变器中。这个装置，基本上相当于光伏电站电气系统的二级汇流装置。此外，交直流配电柜还包括其他单元，如防反二极管、直流输入短路器、光伏防雷器。并且交直流配电柜在具体的使用中，还具有一些优势，如布线简单、操作简单、维护方便、系统可靠、安全性能好等。

三、光伏电站电气一次设计研究

1、光伏电站主要接线设计

1）升压变接线设计。在具体设计过程中，受逆变器容量大小的影响，需要将光伏组件与逆变器相互连接，使之成为最小发电单元。在具体设计过程中，主要有三种形式，即发电机与双绕组变压器之间的单元接线、发电机和双绕组变压器之间的扩大单元接线、发电机和双分裂绕组变压器之间的扩大单元接线。这三种接线设计形式中，发电机-双分裂绕组变压器扩大单元接线，不但减少了相互间的电磁干扰及环流影响，还提高了输电的质量，是最为推荐的一种接线设计方式。

2）光伏电站集电线路连接方式。在光伏电站电气一次设计研究中，光伏电站集电线路的连接方式主要有两种，即电压等级选择、单元分组连接方式设计。在设计的过程中，电路电压等级的选择主要有10kw和35kw两种方案，以及链形、环形和星形三种设计形式。

电路电压等级设计过程中，必须要结合场区的面积大小、光伏场区内是否有遮挡太阳光的建筑物。在设计中，如果选择直接的方式接入到升压站，就会由于电缆截面过大，与安装要求不相符合。因此，为了减少安装中出现的耗损，并使整个安装过程更加简单，在设计中就必须要升高电压，使其达到10kw或35kw，才能接入到升压站中。

在对发电单元分组连接方式设计中，应充分考虑投资成本。目前，从我国光伏电站电气设计中发现，链形连接由于结构简单、成本不高，是最主要的设计方式。

3）升压站主接线设计。升压站主接线设计过程中，要注意两个关键点，即升压站的电压等级及电力系统的位置。并据此选择出一种有效的连接方式，使其与升压站在系统中地位和作用相互适应，以保证电网的安全、可靠。

2、设备配置。光伏系统中的设备和部件应按照系统设计整体要求来选择，其性能应符合国家和行业的标准，产品应通过国家认证机构的认证。设备配置如下：光伏组件选择；光伏接线（汇流）箱；光伏配电柜（交、直流）；逆变器选择；变压器；蓄电池及充电控制器（独立系统）；综合自动保护系统；开关柜；SVG设备；户外成套设备（AIS）；光伏系统监测装置。

3、光伏电站中性点接地。光伏电站中性点接地设计，具有很强的综合性。因此，在针对中性点接地的具体设计过程中，要保证设计方式与和电压等级、过电压水平、保护配置等之间有一个密切的关系，使其作用于整个电力系统的运行，并保障电网系统在发生故障后能快