智能光伏预装式变电站技术及选型

智能光伏预装式变电站技术及选型

发表时间：2018-05-11T17:11:26.387Z 来源：《电力设备》2017年第36期作者：李鹏晖李靖

[导读] 摘要：光伏发电是将太阳能直接转换成电能的一种技术。

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司福建省福州市 350003）

摘要：光伏发电是将太阳能直接转换成电能的一种技术。其发电过程，清洁环保，不对环境造成二次污染；在化石燃料日趋减少及国家政策鼓励的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。为了适应光伏产业发展趋势，预装式变电站被越来越多的运用到光伏发业产业中。本文主要针对智能光伏预装式变电站技术及选型进行简要分析。

关键词：智能光伏；预装式；变电站；技术；选型

1目前现状与发展前景

随着光伏发电装机规模的迅速扩大，电站运营管理水平的高低将直接成为影响发电成本的重要因素。目前国内光伏智能电站建设与运营尚处萌芽阶段，为了缩短光伏发电站建设周期及运行巡检时间，全面记录倒闸操作过程，准确判断并消除故障点，提高光伏电站整体运维和安全管理水平进而提高电站收益水平，本文从智能预装变电站的角度入手，对智能运维管理模式进行探讨，为实现无人值守或少人值守电站进而降低运维成本。

2概述

2.1光伏发电的基本原理

太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式。太阳能发电有两种方式，一种是光—热—电转换方式，另一种是光—电直接转换方式。光—热—电转换方式通过利用太阳辐射产生的热能发电，一般是由太阳能集热器将所吸收的热能转换成工质的蒸气，再驱动汽轮机发电。前一个过程是光—热转换过程；后一个过程是热—电转换过程，与普通的火力发电一样。光—电直接转换方式该方式是利用光伏效应，将太阳辐射能直接转换成电能，光—电转换的基本装置就是太阳能电池。太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。当许多个电池串联或并联起来就可以成为有比较大的输出功率的太阳能电池方阵了。

本论文涉及的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，即是光电转换方式。太阳光照在半导体p－n结上，形成新的空穴—电子对，在p－n结内建电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。

2.2目前光伏发电的类型

由于太阳能光伏组件在不同光照条件下，其输出功率不同。

2.2.1集中式

太阳能光伏组件集中式排列的特点是所有组件不能同时工作在MPPT点；成本低廉、故障率低，空间少。集中式原理图见图1。

2.2.2集成式

太阳能光伏组件集成式排列的特点是成本高，故障率高。集成式原理图见图2。

2.2.3组串式

太阳能光伏组件组串式排列的特点是每个组件能够工作在MPPT点；成本高昂。组串式原理图见图3。

3.1.1逆变器单元结构

光伏并网逆变器是光伏发电系统中的核心设备。逆变器将光伏方阵产生的直流电逆变为三相正弦交流电，输出符合电网要求的电能。直流输入和逆变器功能模块：直流单元、逆变单元组合设计，结构更加紧凑。通过多主控制技术实现更长发电时间、更多发电量和更高的电能质量。

逆变器柜主要由以下几个重要元器件组成：直流断路器、快速熔断器、直流绝缘监测，逆变模块，LC滤波器，交流接触器，交流主开关等组成。具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过温保护、交流过流及直流过流保护、低电压穿越、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及逆变器本身的接地检测及保护功能。

逆变模块与直流之间由传统的电缆连接改为铜母线直接连接，有效降低故障率。

3.1.2其他电气单元(配电柜、变压器等)

低压交流柜具有分段能力高、动稳定性好、电气方案灵活、组合方便，系列性、实用性强，结构新颖、防护等级高等特点。柜内主要元器件由抽出式万能断路器、塑壳断路器、小型干式变压器、多功能电力仪表、万能转换开关、信号灯、按钮开关、旋钮开关等组成。低压控制柜内部元件由UPS电源，小型断路器、箱变测控装置、智能双温控器、24V开关电源、信号灯等组成。

交流低压模块与逆变器之间由传统的电缆连接改为铜母线直接连接，有效降低故障率。

干式变压器是指铁芯和绕组不浸渍在绝缘油的变压器。冷却方式分为自然空气冷却和强迫空气冷却。结构特点是安全，防火，无污染，可直接运行于负荷中心；机械强度高，抗短路能力强，局部放电小，热稳定性好，可靠性高，使用寿命长；低损耗，低噪音，节能效果明显，免维护；散热性能好，过负载能力强，强迫风冷时可提高容量运行；防潮性能好，适应高湿度和其他恶劣环境中运行；配备完善的温度检测和保护系统。采用智能信号温控系统，可自动检测和巡回显示三相绕组各自的工作温度，可自动启动、停止风机，并有报警、跳闸等功能设置；体积小，重量轻，占地空间少，安装费用低。

油浸式变压器一般安装在单独的变压器室内，依靠油作冷却介质，如油浸自冷，油浸风冷，油浸水冷及强迫油循环等。油浸式变压器采用全充油的密封型。波纹油箱壳体以自身弹性适应油膨胀是永久性密封的油箱。油浸式变压器主要由铁芯、绕组、油箱、油枕、绝缘套管、分接开关和气体继电器等组成。特点是变压器油绝缘性能好、导热性能好，同时变压器油廉价。能够解决变压器大容量散热问题和高电压绝缘问题。

由以上两种典型预装变电站的配置可以看出。智能预装式变电站，是以系统功能为主线，完整配置系统功能；在满足规范及运行要求的情况下，选用小型化电气元件，在空间上依据各个电气元件尺寸进行合理布置，最大程度缩小整台变电站的外形尺寸。一台预装式光伏变电站即可满足光伏电站中的直流逆变、交流升压并网及数据监控等功能，降低系统建设初期投资成本，提高光伏电站的建设效率，在现场只需要连接部分进出线电缆即可。通过工厂化生产，将产品小型化，优化产品结构设计，减少产品故障点及后期运维成本，提高产品的可靠性和维护性。

4结束语

综上所述，随着我国光伏产业发展日趋成熟，光伏电站运行场景逐渐多样化，在此情况下，提升光伏电站发电量，节约投资、缩短建设周期、保障电站高效运行成为电站业主最基本的诉求。光伏智能预装式变电站不仅节约投资，缩短建设周期，更是在优化设备布局、降低故障率及运维成本，提高光伏电站收益方面更具优势，也是我国智慧能源产业体系的重要组成部分，将成为光伏发展的新趋势。

参考文献：

[1]马宁．太阳能光伏发电概述及发展前景[J]．智能建筑电气技术，2017，5(2)．

[2]王长贵．并网光伏发电系统综述(上)[J]．太阳能技术与产品，2016，(3)．