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

张建军

山东电力建设第三工程有限公司     山东 青岛  266100

摘要：随着科学技术的发展和对环保的重视，国家对新能源的发展越发重视。光伏发电作为清洁、环保的能源，不仅在近些年获得了大幅度发展，也受到了国家政策上的高度重视和支持。光伏电站电气系统的设计工艺水平，直接决定了工程运营期电气系统的效率和发电区域的整体视觉效果，好的设计既能确保电气系统各个组件的使用年限，又能按照工程预期，实现整个发电系统的效率最大化。

关键词：光伏电站；电气系统；方案设计

光伏电站工程在国家能源领域有着重要的地位，需要在电气系统的设计工作中，最大程度保证其运行的稳定性，并做好防护措施和通信设计，从而为国家电力能源结构的优化奠定良好的基础，以进一步推动国家经济的发展。

1光伏直流发电系统原理

近年来，石油、煤炭等矿产能源的使用，造成了严重的温室效应。随着世界各国不断制定并实施碳排放总量控制计划，高效利用可再生资源，减少石油、煤炭等矿产能源的利用，以减少碳排放，成为世界各国面临的共同难题。太阳能是一种随处可见的可再生绿色能源，利用半导体光伏效应，可将太阳能转化为电能，光伏发电已经成为当前应用最广泛的新能源技术之一。直流输电问题始终困扰着光伏发电系统的应用，成为光伏发电系统的应用亟待解决的重点问题。光伏发电技术本质上就是利用某些特殊半导体材料的光伏效应，将光能转化为电能的一种技术，核心元件是太阳能电池。太阳能电池经串联封装，组成太阳能电池组件，是光伏电站的核心部件。光伏发电技术的优势主要体现在3个方面：①基本不受地域限制，只要有阳光就可发电；②电能清洁可持续，无需消耗石油、煤炭等能源，同时发电过程中不会产生污染；③电站建设完成，电路架设完毕即可就地供电。

2光伏组件选型

目前广泛使用单晶硅、多晶硅电池组件，且国内的光伏组件也主要是以晶硅电池为主。晶硅电池组件有很多优点，包括晶体硅光伏组件技术成熟；产品性能稳定；使用寿命长；电池转换效率高；组件故障率低；运行、安装简单方便等。单晶硅太阳能电池软的效率高，可达到20%，但制造工艺复杂、制造成本高，适用于高端市场；而多晶硅制造工艺相对简单、制造成本较低，但太阳能电池转换效率相对较低，目前已成为主流应用的太阳能电池材料，适用于大规模工业化生产。沙特某光伏项目设计1125MWp交流装机容量，采用单晶硅电池组件进行设计，共计单晶硅光伏组织2220907块。

3 光伏电站电气系统设计

3.1直流发电系统保护配置要点

现有沙特某光伏电站项目，每1MWp发电单元，1769个太阳能电池组件；每个太阳能电池组件，由6*24块N型单晶硅太阳能电池板串联封装而成；每个汇流箱，接入20组发电单元；直流发电系统保护配置要点如下。为防止电路短路烧坏电气设备或造成火灾，每路输入回路，均配置高压直流熔丝保护装置In=15.6A，Ue=1500V DC；每路直流输出母线端，均配置直流断路器保护装置In=400A，Ue=1500VDC；为防止雷击造成电路电气设备损坏，配置了直流防雷配电箱，每个配电箱配置20个标准输入端口，每个输入端口接入一路汇流箱，每路输入母线，均配置400A的光伏专用直流断路器In=400A，Ue=1500VDC。

3.2驱动通用模型参数

自动化布置程序的参数驱动利用的是revit软件中的dynamo开源三维可视化编程平台。dynamo中的Element．SetParameterByName命令可以抓取浮式基础、锚固系统参数化模型的某个参数，并对该参数赋值。漂浮式水上光伏项目各通用模型之间的参数关联性较强，各浮体的长和宽主要由组件尺寸、倾角和纬度决定。这是由于光伏方阵的布置要求方阵各排各列的布置间距，应保证全年真太阳时段内前、后、左、右互不遮挡。故在自动化布置程序中，嵌入了在不同倾角、不同维度下组件产生阴影长度的计算模块。利用这个计算模块得到的阴影长度，就可以在自动化布置程序中实现更加简单的操作方式：只需在自动布置程序中输入光伏组件尺寸、组件倾角和项目所在维度这些基础设计参数，即可批量得到符合这个项目设计要求的主浮体、走道浮体、设备浮体等浮体模型。

3.3最大功率点跟踪控制

发电效率是评价光伏电池质量的一个重要指标，为了提高光伏电池的输电效率，最大程度利用光伏系统吸收的太阳能，最大功率点跟踪控制随之被提出。最大功率点跟踪技术是指光伏系统在温度、光照等外界因素的干扰下，系统通过控制光伏系统直流侧输出电压与电流的大小，保证光伏系统能够工作在最大功率点上，从而在当前条件下输出最大功率。最大功率点跟踪控制可以看作一个不断寻优的过程，传统光伏电池输出功率与直流侧电压之间的对应状态，可以看出，如果把直流侧低电压控制在一定范围内，就能使光伏发电系统输出最大的功率。目前常采用的最大功率点跟踪控制方式主要有模糊控制法、扰动观察法、最优梯度法、电导增量法等。为了提高跟踪速度，基于变步长的电导增量法得到了广泛的关注，这种方法在初始时以较大的步长寻找最大功率点（MPP)，当靠近最大功率点时，系统自动减小步长，从而实现对最大功率点的精确跟踪。

3.4集电线路方案

本工程集电线路采用电缆连接方式。经过68条集电线回路连接到升压站中，其中67条回路分别连接2个箱变然后接入升压站，第68条回程只连接1个箱变然后接入升压站，共计135个集中式箱变一体机。场区内电缆采用直埋方式敷设，电压降控制在0.101-0.623之间。根据光伏场内主接线串接逆变单元的数量以及逆变单元之间连接段的输送容量、经电缆载流量的计算分别确定不同截面的电缆，截面规格分别采用3*240mm2和1*630mm2两种中压电缆。本工程由每台箱变RMU之间环接，最终接入升压站的进线柜中。按短路情况热稳定校验，本工程33kV中压电缆选用圆形压实铝导线交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套铝带铠装多芯/单芯铝电力电缆。同时，为了考虑本光伏电站内处沙特，因此选择33kV电力电缆为防白蚊和啮齿类动物。

3.5直流发电系统保护配置改进措施

由以上分析可知，在直流侧发生短路的状态下，布置于汇流箱中的断路器，难以在短路状态下及时发生短路保护动作，为确保保护装置能够在短路问题发生时，及时发出保护动作，给出以下几点优化措施：①在设计阶段，为从根源上避免组串的正负极短路问题，应将正负极出线分开布置。②金属槽盒安装阶段，应提前检查金属槽盒完整性和外形，防止破损槽盒刮坏电缆绝缘保护层；槽盒安装完毕，应检查槽盒安装封闭性，避免后期进入老鼠，咬坏线缆。③布线阶段，应提前检查线缆绝缘保护层完整性，严禁布设绝缘保护层破损的线缆。④在汇流箱中，加设防反二极管，避免在某一组串正负极短路时，其他组串向短路点提供短路电流；加设电子绝缘监察装置，在某组串正负极短路或者是汇流箱出现短路时，向运维人员发出警报信号；或者是该用全选择性断路器。

4结束语

为满足光伏场内的通讯要求，在电缆敷设时同时敷设一根非金属光缆用于保证每组逆变单元之间与中央控制室保持通讯联络，以满足通讯的要求，推荐场内非金属光缆采用12芯光纤，该规格可满足光伏场内逆变单元的通讯需要。

参考文献

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