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摘要：当前，由于能源危机和环境污染问题的日益突出，人类越来越重视可再生能源和各种绿色能源。太阳能具有取之不尽用之不竭、清洁、安全等优点，是理想的、资源最丰富的可再生能源之一。太阳能光伏发电技术是太阳能开发利用的主要形式之一，也是最具发展前景的发电技术。近年来，太阳能光伏发电技术水平由于电力电子技术和太阳能电池技术的日益提高得到了快速的发展与提高。太阳能光伏发电发展迅速，正朝着高效率、高可靠性、智能化发电系统的方向发展，太阳能光伏发电的主要利用方式为并网发电。因此，对并网发电系统进行研究具有重大意义，
关键词：光伏发电；光伏组件；并网逆变器
引言：太阳能光伏发电技术得到了迅速发展，成为了利用太阳能的主要方式之一。从资源量和太阳能产品的发展趋势来看，开发太阳能光伏发电项目，将有利于改善电网能源的电力结构，有利于增加可再生能源的比例，有利于优化系统电源结构。据最新统计，全球太阳能市场复合年均增长率达47.4%。在国家政策的大力支持下，我国太阳能光伏发电技术得到了快速发展，产量和产能不断增加，2015 年我国太阳能发电量占全球总量1/4。国内外研究学者对太阳能光伏发电技术进行了深入研究。赵争鸣等研究了大容量并网光伏电站的运行机理与特性，分析了其在光伏阵列、变换器及并网方面存在的问题，阐述大容量并网光伏电站的关键技术和发展趋势。杨晓红对鄂尔多斯电网接入光伏系统进行了详细分析，从技术和管理方面提出改进措施，以光伏电站 20 MWp 金太阳屋顶示范工程接入系统进行实例分析；Kim S.K.等采用功率电流控制的逆变并网方式，对系统故障及负荷变化时的电磁暂态特性进行了分析；M.C.Alonso -Garcia 等发现实际运行条件的不同，会导致光伏组件工作温度、日照强度的不同，从而达不到理想的光伏阵列组合特性要求，影响了光伏发电单元的效率。
1 光伏电站的种类
光伏电站可以按照接入点的电压等级高低、是否可以向电网送电，以及光伏电站安装位置、安装方式进行划分。按照光伏电站接入点的电压等级进行划分，光伏电站可以分为大型光伏电站、中型光伏电站和小型光伏电站三种类型按照是否允许向电网送电，光伏电站可以分为：可逆式光伏电站和不可逆式光伏电站。小型光伏电站考虑容量以及管理难度，目前多为可逆式光伏电站。对于中型光伏电站、大型光伏电站，根据安装位置、所有权等因素综合考虑，可采用可逆式或者是不可逆式，目前大型光伏电站基本采用不可逆式方式，不能自发自用和“净电表计量”，只能给出“上网电价”。
2 20 MW 光伏发电系统设计
在某县区域建设的光伏发电站总面积约为 0.28km 2，供电范围为市电网。20 MW光伏发电系统采用分块发电、集中并网方案，其由17 个光伏发电单元组成，每个发电单元与 1 台双分裂箱式变压器连接，双分裂箱式变压器再分接2台500 kW的并网逆变器，即采用1 MW为一子系统，整个电站由若干个1 MW子系统组成。光伏场区共装设17台容量1 000 kV•A的 35/0.315 - 0.315 kV双分裂式箱式变压器，箱变低压侧电压为0.315 kV；装设34台500 kW并网逆变器，其输出电压为315 V，最大效率为98.7%。本文对20 MW 光伏发电系统的光伏组件、光伏组件方阵、逆变器、光伏方阵进行了设计，并对光伏发电系统的年上网电量进行计算。
2.1逆变器
逆变器是将直流电转换为交流电的装置。本系统规模较大，根据目前市场占有率和产品成熟程度，本文选择较大容量的并网型光伏逆变器，采用34台500 kW逆变器，其输出电压为315 V，最大效率为98.7%，并网逆变电源通过三相桥式变换器，将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压，再通过滤波器滤波变成正弦波电压并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧采用先进的MPPT算法。
2.2光伏组件方阵
光伏组件方阵的运行方式对系统接收到的太阳总辐射量有很大影响，从而影响光伏供电系统的发电能力。光伏组件的运行方式有固定安装式和自动跟踪式 2 种。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于自动跟踪式系统，其倾斜面上能最大程度地接收太阳总辐射量，从而增加发电量，但有以下问题：1）装置复杂，电池阵列的同步性对机电控制和机械传动构件要求较高，初始成本和维护成本都较高；2）本系统采用的电池组件多，场址占地面积比固定式安装要大；3）自动跟踪式系统本身要消耗一部分电量，其逆变器多采用并联分散式布置，不便于集中控制，同时相对固定式逆变器投资加大。安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益，无法抵消其所需要的综合成本。因此，本系统光伏组件方阵采用固定安装式。
2.3光伏组件
太阳能电池是光伏发电系统的核心器件。太阳能电池组件种类繁多，有单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池等。由于单晶硅、多晶硅太阳能电池的制造技术成熟、产品性能稳定、使用寿命长、光电转化效率较高，因此，被广泛应用于大型并网光伏电站。根据电站周围的自然环境、光资源状况、施工条件、交通运输状况和光伏电站年发电量，本系统选用多晶硅太阳能电池组件。
2.4光伏阵列方阵及支架系统 目前电站用电池组件
多为晶硅组件和薄膜组件。其中晶硅组件又可分为单晶硅和多晶硅。其中单晶硅的效率高，但成本也较高。由于单个电池组件无论从电压等级还是容量上，均不便于发电应用，因此在光伏电站中通常采用光伏组件串并联的方式构成电池组串单元，以提高光伏组件的电压水平，以减少能量损耗及投资成本。在电池组串单元的基础上，通过直流汇流箱、直流配电柜，进一步构成光伏阵列的子方阵，从而构成一个完整的发电单元。太阳能电池板的运行方式、安装倾斜角，直接影响到光伏电站的工作效率。太阳能电池板的运行方式可分为固定式和跟踪式，目前考虑成本因素多采用固定式。方位角则多采用 0°的方式。太阳能电池板安装倾斜角可以采用固定安装、单轴跟踪、双轴跟踪的方式。
3大型光伏电站设计
3.1 方阵及逆变器室设计
方阵的设计需充分考虑光伏电站的安装容量、电站安装地的地形地貌。本文所介绍的光伏电站安装容量 20MWp。由于安装地理条件较理想性，故采用按照容量进行分区域布置方阵的方案。以1MWP 作为单元，将整个电站分为 20 个子方阵，而每子方阵则以 500kWp 为单位，构成两个发电单元。电池组件选用 460Wp 的非晶硅电池组件，为了获得理想的直流电压和传输容量，电池组件通过串并联的方式构成电池组串。电池组串则通过直流电缆和直流汇流箱相连。最终由汇流箱出线至直流配电柜处汇流，接入逆变器室中。
3.2 一次系统设计
对于大型光伏电站在接入时通常采用专线方式接入电力系统，通常按照容量和所在地区电力供应情况接入不同电压等级，本设计中的光伏电站通过一回 110kV 线路接入 [5]。500kWp 逆变器交流侧额定电压为380/400/415V±10（可设置），每个发电单元的逆变器室室外安装 1 台 1000kVA、10kV 箱式升压变压器。10kV 系统采用电缆连接，10kV 变压器采用中性点不接地方式。同时考虑光伏电站调压要求，在 10kV 设置容量为 4MVA 的 SVC 进行无功补偿。110kV 升压站的主变容量选择为 25MVA。
4结束语
本20 MW光伏发电系统采用分块发电、集中并网方案。通过技术与经济性综合比较，光伏组件采用260 W多晶硅电池组件，光伏场区共装设34 台500 kW并网逆变器，最大效率为98.7%，光伏组件方阵运行方式采用固定安装式，光伏阵列南北间距D=5.2 m。光伏阵列最佳倾角为23 °时，斜面上太阳年总辐射量为4 617.2 MJ/m 2。
参考文献：
[1]王祥群.光伏发电系统分析及典型系统设计[J].价值工程，2013，04：17-18.
[2]王文响.20MW_P光伏发电系统设计与研究[D].昆明理工大学，2015.
[3]柴亚盼.光伏发电系统发电效率研究[D].北京交通大学，2014.
[4]谷丰.城市配电网接入分布式光伏发电系统的规划研究[D].华北电力大学，2014.
论文作者:张若亮,李雪,郑磊,董舒婷,龚文婷,王丹
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/19
标签：光伏论文; 电站论文; 组件论文; 逆变器论文; 方阵论文; 太阳能论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第8期论文;