关于光伏电站电气设计的研究和应用 刘舜章

关于光伏电站电气设计的研究和应用刘舜章

发表时间：2017-11-27T12:40:09.987Z 来源：《电力设备》2017年第23期作者：刘舜章[导读] 摘要：社会的繁荣发展离不开能源的支持，然而目前的石油、煤炭等传统能源面临着严峻的供需问题，阻碍了社会的可持续发展。 (武汉烽火富华电气有限责任公司湖北武汉 430070) 摘要：社会的繁荣发展离不开能源的支持，然而目前的石油、煤炭等传统能源面临着严峻的供需问题，阻碍了社会的可持续发展。面对能源短缺的问题，各国都加大了科技研发的力度，试图开发新型能源。光伏发电具有高效、环保、可再生等特点，我国的光伏发电技术经过多年的发展，已经取得了阶段性的成效，因此应当把光伏发电作为开发研究的重点。本文将具体探讨光伏电站电气设计的研究和应

用，希望给相关人士提供一些参考。

关键词：光伏发电；设备选择；电气设计引言

随着社会不断进步，光伏发电技术迅猛发展，光伏电站建设步伐持续加快。随之，分布式光伏电站并网工程层出不穷，可以有效缓解能源紧张、用电需求量日渐增加间的矛盾，促进不同行业与领域健康稳定发展。

1 国内外现状

有资料表明到2050年，美国电力供给的80％将来自可再生能源，其中光伏总装机将达到300GW，占总电力装机的27％。预计到2030年美国国内50％的居民用电来自太阳能，相当于l 00GW装机容量。我国光伏产业在近几年发展得非常迅猛，组件产量全球份额过半，光伏发电工程如雨后春笋般遍地开花。2015年我国明确了今后能源发展的总体方略、行动纲领和行动计划。计划到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%，天然气比重达到10%以上，煤炭消费比重控制在62%以内。加快发展太阳能发电势在必行，有资料表明，我国计划到2020年光伏装机累计达到150GW，其中地面电站70GW，分布式80GW。在这种情况下，完善和提高我国光伏电站的设计水平，己成为光伏电站要进一步发展的大形势下的一个迫切的需求。

2 光伏电站并网发电的基本工作原理

利用太阳能组件接收太阳光能量产生直流电，通过逆变器和汇流箱的组合，把直流电转变为交流电，再通过变配电设备设施后，将其并入合适电压的电网。当然，还可以不通过变配电设备设施直接给负荷供电，配合装有蓄电池组用于储存多余的电能，待光伏组件不能提供电能时，由蓄电池组通过逆变器向负荷提供电能，这样的方式称之为独立光伏电站。笔者研讨的是光伏电站并网发电方式。光伏电站具有容量可大可小、易于分散、布置灵活多变、建成后运维工作量小、易实现自动控制、不消耗煤炭、石油、天然气等不可再生能源、不产生废气、废水污染环境等特点，使得其成为当今世界新型能源的突出代表，得到了广泛的应用和发展。容量从当初的几瓦、几十瓦发展到现在的10MW､20MW甚至更大。作为大电网、电厂集中提供电能的补充部分，光伏电站将成为新一代能源体系的重要组成部分，从而走向未来更为广阔的发展空间。

3 光伏电站电气设计 3.1 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集中型逆变器。光伏逆变器是光伏并网发电系统的技术核心，决定系统整体方案的设计决定系统整体寿命的长短决定系统整体效率的高低决定系统故障率的高低决定系统智能化的高低。根据光伏逆变器与系统连接方式分类1）集中型逆变器（单机功率≥100Kw）；2）组串型逆变器（分单相和三相输出，经常使用的单机功率为50KW）；3）微型逆变器（与单件组件配合使用，单机功率≤350W）。

3.2 光伏汇流箱

光伏汇流箱分为交流汇流箱和直流汇流箱。

（1）交流汇流箱。交流汇流箱有二路、四路、六路和八路等多种汇流形式。汇流箱应具备以下特点：a.同时可接入 6 路或 8 路输入，每路设置专用断路器，输出总线设置隔离开关并配置熔断器；b.配有专用防雷浪涌器；汇流箱内配有监测装置，可以实时监测每个输入输出回路的通断状态及防雷器的状态等。（2）直流汇流箱；直流汇流箱分别装有九路、十二路和十六路汇流检测单元。直流汇流箱应安装在汇入汇流箱的各条支线路的中间位置。安装前应检查汇流箱内各种器件的完好性、接线的完整性，所有开关和熔丝都在断开位置。用绝缘摇表1 000 V测试正负极对地绝缘不小于20 MΩ。直流汇流箱可以利用支架加焊横梁安装，高度以底部距地面1 m左右为准，横平竖直，固定牢靠。

3.3 电气计算

首先，应该确定集电线路的初步方案。比如一个装机容量20MWp的光伏电站，并网电压35kV。在光伏阵列的选件上，可以选用容量为1000kVA的升压变压器，将逆变器的输出电压升到35kV，然后将电流汇流到开关站的母线。20MWp光伏阵列的每个分阵，都可以采用首尾串接的方式并入电线路。在箱变高压测，应该设置高压负荷开关，避免一个方阵的分合对其他方阵的正常运行产生不利影响。其次，应该对35kV的开关站进行电器计算。开关站一般布置在地势较为平缓的地段，如光线较少遮挡的山顶，这样可以减少土方量，便于线路的接入。在选择电气主接线时，应该分为低压站用电压和高压站用电压两级电压，经过两回集电线路汇集电能之后，将电能发送到35kV的开关站，然后再通过35kV的单回架空出线接入变电站。在35kV系统中，主要采用单母线主接线方式，母线是由一次性建成的，在母线上面设有六面柜，分别是架空出线柜、电缆进线柜、无功补偿馈线柜、变压器出线柜和母线PT柜，这六个柜分别步骤在母线的六面。在计算35kV侧电容电流计算时，已经集电线路电缆总长度，按照集电线路侧电网单相接地的电容电流计算公式，可以得到Ic1=0.1×UexL，带入数字计算，可以求出电缆线路Ic1的值。然后根据开关站35kV的出现接入变电站的线路是架空还是电缆连接，估算出并出线路的单相接地电容电流Ic2=UexL/350。然再附加电网的单相接地电容电缆，最后Ic=1.13x（Ic1+Ic2）。在选择35kV的测消弧线圈和接地站用变容量时，需要计算消弧线圈的容量，和接地兼站用变压器的容量。按照设计的手册，在计算容量之后应该采用站用接地变成套装置，布置在接地变及消弧线圈的间隔内。

3.4 保护装置