張保云

大型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

張保云

我國能源結(jié)構(gòu)是以煤為主，隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，溫室氣體減排和能源安全問題已日益突出，面臨的壓力很大。另一方面，我國太陽能資源非常豐富，全國2/3以上地區(qū)的年平均日照數(shù)大于2000h、年平均輻射總量約為5900MJ/m2。因此，大型太陽能光伏電站的建設(shè)已成為國家溫室氣體減排和能源安全的必然需要。然而，太陽能光伏方陣占地面積大，光伏電池組件直流輸出電壓低，電能從最遠(yuǎn)的方陣輸送至升壓站距離較遠(yuǎn)損耗大。為了減少損耗，合理設(shè)計(jì)布置太陽能光伏場區(qū)系統(tǒng)很有必要，本文就大型太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行比較探討。

圖1　1MW集中式逆變器光伏方陣系統(tǒng)接線圖

光伏場區(qū)電氣設(shè)計(jì)范圍為從光伏電池組件直流輸出端至光伏場區(qū)35kV出線設(shè)計(jì)，包括光伏逆變器、防雷匯流箱、35kV升壓變壓器、場區(qū)35kV集電線路及接地等。其中逆變器的選擇分為集中式逆變器（簡稱：集中式方案）和組串式逆變器（簡稱：組串式方案）。目前，大型光伏發(fā)電站的系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要按逆變器的分類分成這兩種，下面就對(duì)兩種方案進(jìn)行比較和探討。

集中式方案

光伏電池組件直流輸出后通過直流防雷匯流箱匯流接入直流配電柜，直流配電柜再通過一回線路接入集中式逆變器逆變成交流電，交流電通過35kV現(xiàn)地升壓變引入35 kV集電線路送出。即用兩級(jí)升壓：光伏電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)逆變器逆變升壓，經(jīng)現(xiàn)地箱式變壓器再升壓至35kV，采用35kV集電線路接入升壓站35kV側(cè)，1MWp晶硅光伏陣列發(fā)電主接線見圖1所示。

組串式方案

光伏電池組件直流輸出后通過方陣附近小型智能逆變器逆變升壓送出至交流防雷匯流箱，交流防雷匯流箱再接入交流配電柜，交流配電柜通過一回線路經(jīng)35kV現(xiàn)地升壓變引入35kV集電線路送出。兩級(jí)升壓為：光伏電池方陣發(fā)出的電能經(jīng)逆變器逆變，交流匯流箱匯流至現(xiàn)地箱式變壓器升壓至35kV，采用35kV集電線路接入升壓站35kV側(cè)，1.6MWp晶硅光伏陣列發(fā)電主接線見圖2所示。

兩種方案設(shè)備的特點(diǎn)分析

從系統(tǒng)接線圖可以看出，集中式方案接線順序是：匯流→匯流逆變→升壓變；組串式方案接線順序是：匯流逆變→匯流→升壓變。由于接線形式不一樣，設(shè)備選型、電纜數(shù)量及監(jiān)控通訊方案也不一樣，下面就對(duì)容量均為20MW的兩個(gè)工程實(shí)例進(jìn)行比較。

監(jiān)控通訊方案比較

集中式方案監(jiān)控配置：采用光纖線通信方式。每個(gè)光伏子方陣設(shè)置有一套數(shù)據(jù)采集器和光纖以太網(wǎng)交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。集中式逆變器、箱變配套的測控裝置、直流防雷匯流箱均具有RS485通信接口并通過RS485口接入數(shù)據(jù)采集器、光纖以太網(wǎng)交換機(jī)，組成一套光伏方陣監(jiān)控子系統(tǒng)。光纖環(huán)網(wǎng)組成光伏區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖接入當(dāng)?shù)厣龎赫颈O(jiān)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)在升壓站內(nèi)對(duì)光伏區(qū)域設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

組串式方案監(jiān)控配置：采用無線通信方式。組串式逆變器和交流防雷匯流箱通過PLC電力載波通訊，將其電流、電壓及功率等信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集器，箱變通過RS485接口將信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中各設(shè)備進(jìn)行接口匯聚、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至無線數(shù)據(jù)終端，終端再將其傳輸至電站控制和業(yè)務(wù)中心，完成對(duì)光伏電站集中監(jiān)控和集中維護(hù)等功能。

表1　主要設(shè)備選型比較

表2　線纜數(shù)量比較

圖2　1.6MW組串式逆變器光伏方陣系統(tǒng)接線圖

主要設(shè)備選型比較

從表1設(shè)備數(shù)量的比較可以看出：兩個(gè)方案的設(shè)備主要區(qū)別是逆變器的數(shù)量相差巨大及箱變的容量及數(shù)量的變化；35kV箱變因?yàn)槟孀兤魅萘坎灰粯?，配置的?shù)量與容量也不一樣。

線纜纜數(shù)量比較

從表2線纜數(shù)量的比較可以看出：兩個(gè)方案的設(shè)備主要區(qū)別是通訊線纜的差別，由于組串式方案采用的是無線通訊方式，大大的節(jié)省了網(wǎng)線及光纜，縮短電纜敷設(shè)工程量，可以加快工程進(jìn)度，縮短整個(gè)光伏電站的施工工期，但是無線通訊的傳輸受地形及距離的影響，同時(shí)需要增加發(fā)射基站。

結(jié)束語

中大型太陽能光伏發(fā)電場系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，較早應(yīng)用的是集中式方案比較多，生產(chǎn)的集中式逆變器廠家主要是陽光電源、南車、特變電工等廠家。目前，組串式方案也在興起當(dāng)中，生產(chǎn)組串式逆變器廠家主要是華為等廠家。工程中具體選用哪種接線方案需要綜合考慮設(shè)備造價(jià)、建設(shè)工期、網(wǎng)路傳輸能力等多方面因素。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.24.011