吳瞻

摘要：隨著我國經(jīng)濟、科技的不斷發(fā)展，綠色、環(huán)保發(fā)展理念也愈發(fā)的受到重視。傳統(tǒng)火力發(fā)電廠需要消耗大量的煤炭等不可再生資源，同時還會排放大量的碳化物和硫化物等，造成環(huán)境污染，不利于環(huán)境友好型社會的建成。在此情形下，我國發(fā)電廠結(jié)構(gòu)也開始調(diào)整，清潔、可再生能源逐漸占據(jù)重要地位。光伏主要依靠可再生太陽能發(fā)電，與傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電行業(yè)相比，大規(guī)模的光伏發(fā)電在保證生態(tài)環(huán)境的前提下，可以有效地節(jié)約不可再生資源，減少污染氣體排放，有利于社會健康、綠色發(fā)展。本文主要對某大型光伏電站的電氣設計進行了研究，對主要設備和光伏配置進行了選型分析，通過這些以期對相關(guān)人員有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：大型光伏電站;光伏發(fā)電;電氣設計;

能源工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎，新能源產(chǎn)業(yè)集中體現(xiàn)了現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)“高新、低碳、安全”的技術(shù)特點，是未來能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向與技術(shù)制高點新能源、可再生能源的開發(fā)利用是國家能源產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略布局的重要一環(huán)，2016年國家就提出了控制能源消費中煤炭能源消費量的比重，消費比重將從66%降低到60%，積極發(fā)展煤炭的替代能源，在“十三五”期間，可再生能源如風電、光伏產(chǎn)業(yè)獲得了大發(fā)展的機遇，國家對新能源產(chǎn)業(yè)政策的支持力度也不斷增大。太陽能是世界上分布最廣的可再生能源，光伏發(fā)電廠是以太陽能為基礎的發(fā)電廠。但由于光伏組件價格、陸上集控中心用地以及光伏送出路徑等因素的制約，集中連片開發(fā)大型光伏就顯得尤為重要。大型光伏能整合地區(qū)資源優(yōu)勢，集中送出，減少征地，降低企業(yè)成本，達到降本增效的目的，也是光伏產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展趨勢。

1基本設備選擇

1.1光伏逆變器

目前逆變器主要分為組串式逆變器和集中式逆變器。隨著技術(shù)的進步，目前組串式逆變器容量一般在120～180kW級，采用多路MPPT進行跟蹤，比較適合于大型地面、山地、丘陵和屋頂分布式光伏場址;集中式逆變器容量一般在1000kW～3500kW，采用1～4路MPPT進行跟蹤，比較適合于平坦的一般農(nóng)田、戈壁、水上等地形起伏較小的站址。對于組串式逆變器，如有單機故障，整體更換，維護較為方便，對整體發(fā)電幾乎無影響;對于集中式逆變器，一旦故障，造成大面積停電，但逆變器數(shù)量少，維護方便?？梢愿鶕?jù)項目的實際情況選用不同的逆變器。

1.2光伏組件

用于大型光伏電站電氣設計的光伏組件主要是晶體硅組件，太陽能電池的技術(shù)性能主要考慮成熟度和轉(zhuǎn)換效率兩個方面。結(jié)合目前國內(nèi)光伏組件現(xiàn)狀，選取市場主流組件進行比較。單晶硅生產(chǎn)工藝比多晶硅復雜，成本也比多晶硅高，但性能優(yōu)秀。在衰減率上，單晶硅要優(yōu)于多晶硅。太陽能電池板在長期的高低溫交替中容易出線隱裂，單晶硅要具備更好的機械性能，抗隱裂會更好一些。單晶硅相比多晶硅的優(yōu)勢在于低工作溫度、弱光響應、低線損以及低衰減等，故國內(nèi)光伏電站多采用單晶硅。

1.3電池組件安裝方式

（1）固定式安裝，對普通的單晶硅太陽能電池組件常用的固定布置方式是按當?shù)氐淖罴褍A角。這種布置方式的優(yōu)點是支架系統(tǒng)簡單，安裝方便，布置緊湊，節(jié)約場地，缺點是不能對太陽能資源充分利用。（2）傾角季度調(diào)節(jié)式，與固定式類似，不同之處在于其方陣傾角通常設計成約15°～65°，在此角度之間可以手動調(diào)節(jié)，每季度設置一個檔位。在夏季，正午太陽高度角較大，方陣傾角可適當減小;而在冬季時，正午太陽高角度較低，方陣傾角可適當增大，從而使太陽光入射到方陣面上，使其入射光線與方陣面法線間的夾角盡可能小來提高方陣年發(fā)電量。（3）逐日跟蹤式，針對組件固定式布置方式存在的缺點，開發(fā)研制出逐日跟蹤式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，根據(jù)組件陣列面旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)量又分為單軸和雙軸跟蹤。逐日跟蹤式光伏發(fā)電系統(tǒng)雖然能提高組件對太陽能資源利用效率，但是需要增加機械跟蹤設備、光學儀器等，會增加單位工程造價。

2光伏系統(tǒng)配置

大型光伏電站光伏系統(tǒng)配置時應考慮光伏組件的安裝方式、組件性能、溫度和輻射系數(shù)、串結(jié)構(gòu)、角度和間距等因素，選擇合適的配置方案可以優(yōu)化大型光伏電站的電氣設計，減少工程投資，同時還能增加發(fā)電量。

3光伏發(fā)電廠電氣設計

3.1電氣主接線

（1）光伏方陣配電系統(tǒng)，多個電池組件串聯(lián)成一個電池組件，多個組件接入一臺逆變器，多個逆變器接入一套箱變，經(jīng)箱變升壓至35kV，通過35kV集電線路送至升壓站。（2）集電線路，根據(jù)光伏陣列的布置位置情況，每6～7個光伏陣列組成一個集電線路單元，根據(jù)回路最大電流選擇導線載流量，并考慮降容系數(shù)。35kV集電線路采用電纜連接。若采用架空線，桿塔勢必會對組件布置產(chǎn)生陰影，且會站用一部分光伏用地。地塊中布置較為緊湊，采用電纜的用量相對來說不大，綜合考慮采用電纜有較大的優(yōu)勢。（3）配電系統(tǒng)主要電氣設備，光伏電站配電系統(tǒng)主要電氣設備有升壓變電站和35kV集電線路，升壓變壓器選用箱變，容量2500kVA;箱變高壓側(cè)采用電纜連接方案，箱變之間采用35kV電力電纜直埋敷設連接。根據(jù)回路最大電流選擇導線載流量，并考慮降容系數(shù)。

3.2主要電氣設備選型

（1）短路開斷電流水平選擇，35kV開關(guān)設備短路開斷電流按31.5kA進行選擇，箱變高壓側(cè)負荷開關(guān)設備短路開斷電流按25kA進行選擇，箱變低壓側(cè)斷開電流按50kA進行選擇。（2）110kV配電裝置選擇，110kV配電裝置常用的型式有兩種：常規(guī)屋外敞開式布置和GIS形式布置?？紤]到升壓站占地面積以及檢修維護性，綜合考慮建議采用戶內(nèi)GIS配電裝置。（3）無功補償裝置選擇，逆變器可以保證的功率因數(shù)在0.98以上，根據(jù)此特點，光伏組件及逆變器本身無需再進行無功補償，光伏電站的無功補償主要集中在35kV箱變、集電線路、主變和送出線路無功損耗上。（4）站用電選擇，根據(jù)站用負荷統(tǒng)計用電設備功率，選用干式變壓器，電源從35kV配電裝置引接，站用電380V配電裝置選用MNS型低壓配電柜，采用電纜饋出至用電負荷。

3.3升壓站一次設備布置

（1）升壓站110kV配電裝置采用戶內(nèi)GIS設備布置，主變壓器采用戶外布置方式。主變壓器高壓側(cè)采用鋼芯鋁絞線與110kV屋外GIS配電裝置相連，低壓側(cè)采用絕緣管母線與35kV配電裝置相連。在110kV 屋外配電裝置出線處設置門型構(gòu)架，便于架空導線引出。（2）35kV開關(guān)柜布置在各升壓站35kV配電室內(nèi)，開關(guān)柜采用單排布置。（3）站用配電裝置布置本工程站用接地變與接地變布置在戶外，低壓開關(guān)柜布置在綜合樓繼電器室內(nèi)。（4）35kV無功補償裝置的布置，35kV無功補償裝置采用集裝箱成套設備，布置于戶外。

3.4防雷、接地、過電壓保護

（1）光伏電場逆變器設有防浪涌保護，防止感應雷和操作過電壓。光伏電池組支架與支架之間，支架與接地體之間通過扁鋼焊接成電氣通路，實現(xiàn)全場光伏電池支架電氣接地;箱變35kV側(cè)采用無間隙的氧化鋅避雷器作為過電壓保護器;站區(qū)接地需結(jié)合場地地質(zhì)條件，選用經(jīng)濟合理的接地方案。（2）主、輔建（構(gòu)）筑物的防雷主要由避雷針和避雷器來進行保護。（3）在匯流箱、逆變器及35kV箱式變電站內(nèi)逐級裝設浪涌保護器或者避雷器。35kV及以下電氣設備以避雷器標稱放電電流5kA時雷電過電壓殘壓為基礎進行配合，滿足規(guī)范要求。在110kV出線，35kV母線以及廠用電線路終端均裝設氧化鋅避雷器。

結(jié)論

太陽能是潔凈無污染的能源，大型光伏電站能整合區(qū)域資源，改善當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電力供應的多元化。提高電網(wǎng)中可再生能源發(fā)電的比例，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，減少常規(guī)能源發(fā)電帶來的環(huán)境影響，推動社會和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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