國網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司 黃立波 劉麗敏

1 光伏電站電氣設(shè)備選擇背景

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，生產(chǎn)生活的電能需求量的猛增，而我國當(dāng)前電力資源分布不均勻，許多偏遠(yuǎn)地區(qū)不具備集中式發(fā)電的條件，依靠架空線纜進(jìn)行電力資源的遠(yuǎn)距離傳輸，此種方式不僅造成了電力資源的浪費(fèi)，也越來越難以滿足社會(huì)的快速發(fā)展。且傳統(tǒng)的集中式發(fā)電無法根據(jù)外界電力負(fù)荷的變化而實(shí)時(shí)改變，合理供應(yīng)，為克服用電負(fù)荷不能靈活切換而引起的電力運(yùn)轉(zhuǎn)成本增加，提高電力資源的利用率，多采用分布式光伏電站，且建設(shè)數(shù)量迅速攀升。

但目前我國光伏發(fā)電技術(shù)仍處于發(fā)展階段，在光伏電站設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員由于缺乏經(jīng)驗(yàn)，未能充分掌握光伏電站設(shè)計(jì)、安裝時(shí)要注意的陷阱，容易在光伏系統(tǒng)安裝時(shí)出現(xiàn)紕漏，最終造成光伏電站設(shè)備運(yùn)行故障[1]。此外，組成光伏發(fā)電站的電氣設(shè)備部件均是精密度要求較高的材料，作業(yè)人員在設(shè)備及材料型號(hào)選擇時(shí)，一旦存在失誤或者是在備品備件存放時(shí)未履行監(jiān)管職責(zé)，都會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備部件質(zhì)量達(dá)不到要求，進(jìn)而造成光伏電站設(shè)備故障的頻繁發(fā)生。

為確保光伏電站的運(yùn)行質(zhì)量，相關(guān)部門必須加大光伏系統(tǒng)各設(shè)備部件的質(zhì)量檢查力度，避免次品的設(shè)備部件進(jìn)入光伏現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)未來生產(chǎn)造成故障隱患。在采用各設(shè)備組成零部件時(shí)，謹(jǐn)遵國家相關(guān)部門質(zhì)量要求，對(duì)光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱以及雙向電表等關(guān)鍵電氣設(shè)備進(jìn)行功能測(cè)試，并出具相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，后期，公司也可以根據(jù)使用記錄，做好電氣設(shè)備部件質(zhì)量跟蹤工作，與信用較佳的部件廠家建立永久合作關(guān)系。

2 光伏電站系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

光伏電站系統(tǒng)主要由光伏組件、匯流箱、交直流逆變器、配電箱、雙向電表、監(jiān)控控制系統(tǒng)、安裝支架等組成[2]，其工作原理為：光伏電池采用串聯(lián)或并聯(lián)方式，以一定的角度在光伏支架上進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝，組成光伏陣列，盡可能地吸收太陽量，并將太陽量轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)匯流箱后進(jìn)入逆變器，在逆變器中逆變?yōu)榻涣麟姾?，輸送到主電網(wǎng)中。雙向電表可以對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)電、用電情況進(jìn)行跟蹤記錄、顯示儲(chǔ)存等，實(shí)現(xiàn)輸入主電網(wǎng)電力量的統(tǒng)計(jì)[3]。

3 光伏電站電氣設(shè)備選擇

3.1 光伏電池選型

目前市場(chǎng)上流行的光伏電池主要有兩種，一是薄膜電池，該類電池價(jià)格便宜、成本低廉，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠與多種建筑物及場(chǎng)景搭配使用，唯一的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)化效率不高。另一種廣泛應(yīng)用的是晶硅電池，該技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)非常成熟，安全性好、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、易于維護(hù)、壽命長，且能量轉(zhuǎn)化率較高，因此占據(jù)了大部分的光伏電池市場(chǎng)[4]。

在環(huán)境溫度正常情況下，晶硅電池工作功率輸出在160～280W，從輸出功率、用電成本等角度出發(fā)，目前選擇較多的是280W 的多晶硅電池，280W多晶硅電池性能參數(shù)詳見表1。此外，對(duì)于光伏電站而言，光伏電池安裝支架的選取也至關(guān)重要，常見的光伏電池支架一般有固定式安裝支架、傾斜單軸式、雙軸式安裝支架等。

表1 280W 多晶硅電池性能參數(shù)

傾斜單軸式形式的安裝支架能夠在實(shí)際工況中充分保障發(fā)電系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，但其支架安裝所占空間較大，性價(jià)比總體較低。而雙軸式形式的安裝支架能夠較好地對(duì)太陽能進(jìn)行位置跟蹤，但該類支架的建設(shè)成本高，維檢修技術(shù)水平要求較高。固定式安裝支架在實(shí)際安裝過程中將傾斜的角度設(shè)置為固定值，因此能夠一定程度上減少安裝所占面積，易于維護(hù)管理。

3.2 光伏電池傾斜角度選擇

分布式光伏電池支架的傾斜角度對(duì)于發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率影響不一。購置好安裝支架后，還需要著重考慮光伏電池固定支架安裝傾斜角度這一重要因素，只有這樣，才能提高發(fā)電效率，進(jìn)而保證發(fā)電系統(tǒng)的總發(fā)電量。不同支架傾斜角度太陽光照輻射量詳見表2。

表2 不同支架傾斜角度太陽光照輻射量（單位：mJ/m2）

由表中可以看出，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)支架安裝的傾斜角度為25°時(shí)，太陽光的能量達(dá)到最大值，全年每平方米太陽能能量高達(dá)6312MJ，能夠較好地利用太陽光照能量。只有保證傾斜角度在合理范圍內(nèi)，才能提高發(fā)電效率，進(jìn)而保證光伏電站的發(fā)電效率。

3.3 光伏電站濾波器選擇

為提高光伏電站運(yùn)行質(zhì)量，保護(hù)光伏系統(tǒng)中各設(shè)備部件不受電磁干擾，需對(duì)光伏電站并網(wǎng)接入系統(tǒng)的濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，在光伏電站接入系統(tǒng)中，由于外界環(huán)境影響，輔助逆變器、開關(guān)電源工作頻率等都會(huì)引起諧波電流，對(duì)光伏電站接入系統(tǒng)運(yùn)行造成一定影響。據(jù)調(diào)查，濾波器大致包含L 型、LC 型和LCL 型三種，三者之間差異較大，各自具有不同特點(diǎn)，需要根據(jù)光伏發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況進(jìn)行合理的選型。如果光伏電站接入系統(tǒng)的發(fā)電量較低，可以選擇第一種濾波器或者第二種濾波器；如果光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的發(fā)電量較高，則需要選擇第三種濾波器。對(duì)于前兩種濾波器而言，其采購價(jià)格較高且濾波效果不太理想，不利于整個(gè)光伏電站接入系統(tǒng)及主供電電網(wǎng)的平穩(wěn)可靠運(yùn)行。

3.4 光伏電站逆變器選擇

逆變器是整個(gè)分布式光伏電站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中最為關(guān)鍵的備件，可以對(duì)不同電壓進(jìn)行逆變，提高電網(wǎng)需要的電壓值，對(duì)于分布式光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。對(duì)于逆變器部件的選用，需要統(tǒng)籌考慮其容量、工作電壓、工作電流、諧波電流及輸出功率等環(huán)節(jié)的技術(shù)要求，按照分布式光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際情況進(jìn)行逆變器的采買。

當(dāng)逆變器遇見不并網(wǎng)故障時(shí)，經(jīng)常發(fā)生在與電網(wǎng)未正確連接的情況下，主要排查方法為：排查交流開關(guān)是否閉合，若閉合，則查看連接逆變器輸出口的線纜是否松動(dòng)并采用數(shù)字式萬用表對(duì)此處電壓進(jìn)行測(cè)量，若無松動(dòng)但電壓數(shù)值較小，幾乎接近于0V，則說明此處線纜存在斷點(diǎn)；若無松動(dòng)且電壓數(shù)值在110～220V 區(qū)間，說明此處線路無問題，則進(jìn)行下一步排查，檢查逆變器輸出口與電網(wǎng)的連接處是否存在虛接或脫落現(xiàn)象。有電檢查過程中，要穿戴好防護(hù)用品，切勿用手直接接觸電線及端子排，避免觸電現(xiàn)象發(fā)生。

為了充分保障分布式光伏電站的運(yùn)行質(zhì)量，提高作業(yè)效率，要合理選擇分布式光伏電站電網(wǎng)接入點(diǎn)的電壓，一般情況下，分布式光伏電站接入點(diǎn)額定電壓范圍是89%～115%。所以，需要通過交直流逆變器來對(duì)接入電網(wǎng)的電壓進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)及控制[5]。同時(shí)，根據(jù)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際生活中的應(yīng)用情況，電網(wǎng)的頻率需要恒定在49.5～50.5Hz，運(yùn)行過程中，一旦超出該頻率區(qū)間，立即切換到逆變器運(yùn)行模式。

3.5 主變壓器選擇

以西北某光伏電站為例，對(duì)主變壓器選擇進(jìn)行說明。該項(xiàng)目基于11個(gè)村級(jí)電站用電總?cè)萘?，?duì)子方陣容量進(jìn)行科學(xué)配置，由于該項(xiàng)目所處地域內(nèi)地下有很多光纜及水溝，將該地段劃分為分散的很多區(qū)域，為了較好適應(yīng)于此地段不規(guī)則的地形，實(shí)現(xiàn)地形空間的利用最大化，避免電力資源浪費(fèi)。所以，選用1.2MW、1.45MW、1.8MW、2.2MW 光伏電站子方陣。

考慮到逆變器的輸出電壓值較小，倘若光伏電站的矩陣選取的功率較高，導(dǎo)致升壓變壓器單側(cè)工作電流過大，從而造成線路能量損失較大，增加了設(shè)備選型的難度，故不采用容量較高的子方陣，為保證系統(tǒng)的供電安全性，建議選擇主變壓器多個(gè)子系統(tǒng)的安裝方案。子方陣容量及箱變分配表詳見表3。

表3 子方陣容量及箱變分配表

為了充分保障光伏電站電氣設(shè)備選型時(shí)的工作質(zhì)量，避免人員麻痹大意造成的設(shè)備選型錯(cuò)誤，還要積極落實(shí)生產(chǎn)責(zé)任制，明確各級(jí)工作人員的工作職責(zé)，利用上下級(jí)管理關(guān)系，形成萬一設(shè)備選型或運(yùn)輸存儲(chǔ)過程中發(fā)生事故，便可逐級(jí)匯報(bào)，逐一落實(shí)，并將具體的責(zé)任量化，追究到個(gè)人。從管理上加強(qiáng)對(duì)光伏電站電氣設(shè)備選型的精準(zhǔn)把控，嚴(yán)格保證每一步工作質(zhì)量及工作進(jìn)度，提高設(shè)備選型工作效率。

4 結(jié)語

本文首先介紹了光伏電站電氣設(shè)備的選擇背景，然后在分析光伏電站系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理的基礎(chǔ)上探討了光伏電站系統(tǒng)光伏電池、光伏電站濾波器、光伏電站逆變器、主變壓器等電氣設(shè)備的選型，通過對(duì)主要設(shè)備的科學(xué)選型，大幅度降低了因電氣設(shè)備部件質(zhì)量達(dá)不到要求而造成光伏電站設(shè)備故障的發(fā)生頻率。根本上保證分布式光伏電站總體運(yùn)行質(zhì)量，提高人們用電體驗(yàn)的同時(shí)也促進(jìn)電力企業(yè)的健康發(fā)展。