光伏电站光伏区电气系统设计研究

光伏电站光伏区电气系统设计研究

潘鹏

华电甘肃能源有限公司，甘肃省兰州市，730314

摘要：并网光伏发电就是电池板吸收太阳光能所转化成的直流电能经过并网逆变器逆变成交流电然后与公共电网相连，由电网统一调度并配电给用户。本文针对并网型光伏发电项目（预计装机容量约为100MWp），详细介绍了太阳能电池板、智能直流防雷汇流箱、并网型集中逆变器等设备的设计和选型，并对预期能力进行了展望。

关键词：光伏电站；电气系统；方案设计

引言

在光伏电站项目使用过程中，受到环境、人为、设备老化等因素影响，偶尔出现各类设备故障问题，电气设备运行状态存在不确定性、安全隐患，并对光伏电站的整体运行质量造成影响干扰。因此，对电气设备运行维护水平的提高，是解决这一问题，保证系统运行稳定和优化运行质量的主要途径。

1光伏电站简介

光伏电站的能量来源主要是太阳能，电站所运用的材料设备通常有逆变器、晶硅板等特殊材料，光伏电站和电网进行连接，同时将电能传输给相连的电网，这样便组成了一个完整的光伏发电体系。光伏电站以其节能环保的优势，已经获得我国的大力支持和推广。光伏电站主要包括并网发电系统以及独立发电系统，两者之间的差别为是否带有蓄电池。光伏发电的产品目前被应用在以下三个方面：第一种是给没有电能的地方供给电能；第二种是用于人们生活中的产品，例如太阳能电灯、太阳能充电器等；第三种是进行并发发电，这在我国暂时还没有得到大范围的普及应用，但在发达国家已被成熟应用。

2光伏电站光伏区电气系统设计研究

2.1主要设备选择

光伏电站电气系统主要包括高压配电装置、通信装置、就地升压变、无功补偿装置、继电保护装置、站用电装置、主变压器、逆变器、低压配电装置、汇流箱、集电线路。本研究具体分析光伏组件、逆变器和汇流箱。光伏组件。由于硅材料成本低，其已成为光伏产业的重要基础原材料。太阳能光伏硅材料通常分为以下三种:多晶硅、单晶硅、非晶硅薄膜。被光伏产业广泛应用的是多晶硅和单晶硅，非晶硅薄膜几乎处于停滞状态。但今后一段时间，这三类硅材料都将是光伏产业主要的原材料来源，逆变器。作为一种新兴的转换器，是太阳能光伏并网发电系统的核心设备。逆变器的效率直接关系到系统的发电量。光伏逆变器按运行方式可分为光伏并网逆变器和独立运行的光伏逆变器两大类。光伏逆变器按系统连接方式可分为微型逆变器、组串型逆变器以及集中型逆变器三大类。光伏逆变器按用途可分为微网储能逆变器、离网逆变器以及并网逆变器三大类。汇流箱。作为一种接线装置，它不仅能够保证光伏组件有序连接，还能够保证汇流功能的接线。方阵连接盒包括过压保护功能、雷击保护功能、多路太阳能方阵并联功能以及太阳能电池过载保护功能。在设计选型时，要重点考虑温升、显示功能、安全、通信、浪涌、光伏组串过流保护、箱体结构、防雷、外壳防护等级因素。光伏系统配置。要使光伏系统设计更加科学合理，必须充分考虑以下因素:组串设计、最佳倾角设计、组件性能、影响因素、光伏组件安装方式、前后排间距计算。

2.2光伏子方阵设计

逆变器采用2MW集中型逆变器为主，根据逆变器的参数，在极端温度下，满足逆变器运行要求的情况下，选用325Wp多晶硅组件，串联级数10～22，根据温度、湿度变化情况进行修正，确定选择325Wp多晶硅太阳能组件，级数为20块/串。整个工程光伏阵列由46个光伏子阵构成，为防止直流侧超配，每个子方阵组件安装数量不同，总容量为100,002.5kWp。在采用325Wp电池板的情况下，固定安装的光伏子阵的单体模块由4排组成，80块组件的单体模块可以组成4并组串，每MW光伏子阵包含的组串数不同，总的组串数为15385串。

2.3电气主接线并网型

光伏电站的集电线路方案一般采用每个发电单元分别接入35kV配电装置的方案。该方案简单清晰、安全可靠、运行灵活、便于维护管理。站用电并网型光伏电站一般设置两台站用变压器，一台工作变压器由市电电源引接，另一台备用变压器由发电厂内的高压配电装置引接。站用变压器一般主要为控制周边负荷供电，不为就地逆变站的负荷供电。由于目前国内光伏发电的电价比当地农电或市电价格高，在实际运行中，通常将引接在施工电源的变压器作为工作变压器使用，以降低运行成本。

2.4组件运行维护工作要点，做好定期化的监察

电气组件是电气设备的重要构成部分，也是设备运行维护工作的主要内容。因此，需要加强组件运行维护力度、掌握各项工作要点，并构建起长效的定期监察机制。为实现这一目的，应采取以下措施：首先，运维人员的定量化的检查，通过监控系统、故障针对系统、职能无人机等手段对光伏组件的运行状态定期做好分析，并辅以人员的现场针对性巡查，及时处理积尘、遮挡、MC4接头接触不良、组件间连接电缆等故障；其次，根据电气设备运行工况，合理设置定期检查工作的开展间隔时间，做好精细化的管理。例如，在电气设备保持稳定运行状态，各类电气故障问题出现率较低时，可选择以半年为间隔周期，定期对全部组件、设备、接地装置进行检查维护。在设备临近使用寿命、运行稳定性较差时，可选择缩短间隔周期。每年按照布置区域对光伏组件检修系统的检测，如红外检测、光伏组件电致光发光检测（EL）、光伏组件功率衰降检测接地连续性检测；再次，明确组件运行、维护保养工作要求。如重点检查设备裸露在外的组件、检查组件接头处是否出现松动或接触不良问题，清理设备内部附着灰尘，组件压块等紧固件的检测等。

2.5防雷接地设计

在光伏电站电气一次设计中，由于光伏电站工程所处地区年均雷暴日比较少，所以受到雷击破坏的概率比较低。在这种情况下，基本上不需要安装避雷针等避雷设施。但是光伏电站工程中，鉴于电池支架面积大、为钢特性，在具体使用过程中，非常容易受到感应雷的破坏。所以，在具体的设计过程中，必须要对电池支架进行可靠的焊接，以确保在遇到雷雨天气时，该支架能够通过接地网实现快速协防，不会对整个电网产生影响，从而切实保障整个电网系统的安全运行。此外，还可以将过电压保护器放置在汇流箱、交直流配电柜内，以有效减少感应雷电对电气设备的破坏，保护电网电气设备。

2.6光伏安装容量选择

对光伏安装容量进行选择具有很重要的作用，一方面，可以确保光伏系统所产生的电能被充分利用，另一方面，又会保护电网系统不会被损坏。选择安装容量时，应该具体系统具体分析，在进行独立系统安装容量的选择上，我们首要考量的是系统中的负荷情况，系统中所产生的电能恰好被使用是最佳状态。我们通常将一天作为基础，统计负载一天的用电情况，并且依据系统的产电特点以及系统中难以避免的电能损失，来计算系统产电数量，以此来选择系统的安装容量。对于并网系统来说，每个国家都有各自的安装容量规定和限制。

结语

光伏电站作为电力系统的重要组成部分，电气设备运行维护工作水平与电力系统运行质量、光伏发电效率息息相关。因此，管理部门必须加强光伏电站电气设备运行维护工作的重视程度，了解运行维护工作现状，掌握各项维护要点，落实上述措施，为可持续发展做出贡献。

参考文献

[1]王明.内蒙古自治区村级光伏扶贫电站系统设计及优化[J].华电技术,2019,41(7):37-39.

[2]吴诗芹.含双面光伏组件光伏发电系统的设计研究[J].太阳能,2019,(5):30-33,41.