关键词：光伏电站；设备选择；优化
1 前言
光伏并网发电系统的设计应本着合理性、实用性、高可靠性和高性能比（低成本）的原则，既要保证光伏电站的长期可靠运行、充分满足负载的用电需求，同时又要满足系统配置合理、经济的要求。
华润新能源某光伏电站设计安装容量20MW，一次建成，光伏组件经逆变升压后以35kV电压等级接入电网，厂址地势平坦开阔，在设计过程中，结合项目实际，通过比较选择集中式逆变器、新型防火材料和华式箱变。
2 逆变器选择
目前市场上并网型逆变器主要分为集中式和组串型两种。集中式逆变器在国内大型地面电站的应用已有相当成熟的运行经验，是现在市场的主流产品；组串型逆变器以前多用于小容量光伏电站，但鉴于其稍高的发电量，有些厂商正在尝试其用于大型地面电站的可能性，而且目前在国内市场已稍有业绩。近年来，组串式地面电站在国内已经成为行业热议话题，并陆续出现样板工程和应用经验。最近华为在中国西部地区某项目中通过实际应用对组串式电站与传统集中式电站进行了实测验证，进一步证实了组串式电站在发电量等方面的优势。
组串型逆变器解决方案组网示意图：
集中式逆变器解决方案组网示意图：
（1）组串型逆变器是基于模块化的概念，即把光伏方阵中每个光伏组串输入到一台指定的逆变器中，多个光伏组串和逆变器又模块化地组合在一起，所有逆变器在交流输出端并联。主要优点是不受组串间光伏电池组件性能差异和局部遮影的影响，可以处理不同朝向和不同型号的光伏组件，也可以避免部分光伏组件上有阴影时造成巨大的电量损失，提高了发电系统的整体效率。随着电站的运行时间越长，组件不适配、衰减、虚接等原因，组件个体差异不断增大，组件的精细化管理优势越发明显，组串型逆变器发电量提升将会更加明显。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增强了系统的可靠性。
例如对集中式电站来说，直流保护是永远但是又几乎是无解的难题，有的电站采取了在汇流箱加防反二极管措施以解决故障扩大化问题，但随之带来系统效率降低、汇流箱成本大幅上升问题，而组串型逆变器电站已在逆变器有强大的保护功能，并且天然的规避某一串直流短路能量倒灌问题，集中式最为头痛的直流故障问题对组串型逆变器而言自然消失。
另外施工成本方面，传统的集中式地面电站不仅涉及 PV 组件、支架、逆变器、箱变、汇流及配电设备施工，还包含大量土建活动，如地基制作，砖瓦逆变器房建造，整个项目建造成本较高，由于组串型逆变器没有需要较大人力以及较长工期的逆变房等土建建设，也减少了直流柜、集中式逆变器等需要专门车辆工具搬运的大中型设备，电站工程施工难度降低、工期更短。
采用具备多路MPPT功能逆变器可灵活配置组件功率和种类，所以组串型逆变器更加适用于复杂地形（屋顶、山地等）的电站中。
图1 组串型逆变器应用
（2）集中逆变技术是若干个并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的 IGBT 功率模块，功率较小的使用场效应晶体管， 同时使用 DSP 转换控制器来改善所产出电能的质量，使他非常接近于正弦波电 流。最大特点是系统的功率高，成本低，但由于不同光伏组串的输出电压、电流往往不完全匹配（特别是组件因多云、树荫、污渍等原因被部分遮挡时），采用集中逆变的方式会导致逆变过程的效率降低和电性能的下降。
集中式解决方案目前广泛应用在大型地面电中，此类电站装机容量多在5MW以上，一般处于地广人稀的沙漠、戈壁地带，组件布局朝向一致，极少出现局部遮挡；中压10KV或以上并网，对电能质量和电网调度要求高。因此要求逆变器输出功率高，可靠性好，设备运行维护快捷方便，电网适应性强，能够从容应对电网可能出现的各种故障。现在也有很多厂商对集中式逆变器进行改进（比如，多路MPPT跟踪技术），在提升发电量和效率方面取得了很大的进展。而且集中式逆变器已有相当成熟的运营经验和较低的成本，所以大功率集中式逆变器更加适用于5MW以上的大型地面电站。
图2 集中式逆变器应用
（3）由于本项目拟选场址地势平坦开阔，组件布置较为集中，从运营成本和市场成熟度考虑，集中式逆变器具有很大的优势。因此，在逆变器设备选型上建议选用集中式逆变器产品。
3 新型防火材料应用
新型防火封堵材料与一般防火封堵材料的综合性能对比表如下：
为了防止电缆着火和火灾蔓延，本工程将采取新型防火材料。
图3 新型防火材料在现场的实际应用
4 箱变选型
目前市场上箱式变压器主要分为美式箱变、欧式箱变和华式箱变。箱变技术性能列表比较，详见下表：
箱变技术性能比较表
美式箱变实质是以变压器为基础，高低压电器(含负荷开关、熔断器)及其连接线共装于1个油箱内，以油作为绝缘、散热和灭弧介质，高压开关设备采用油浸式负荷开关-熔断器组合电器，美式箱变体积小，安装方便，不受外界环境影响。
欧式箱变是国标GB/T17467定义的预装式变电站，其结构由独立变压器、负荷开关、低压开关呈“目”字形或“品”字形组合在一个箱体内；其主要元件是变压器、高压开关设备和控制设备、低压开关设备和控制设备、相应的内部连接线（电缆、母线等）和辅助设备，开关设备可采用负荷开关-熔断器组合电器，高压断路器等。这些元件用一个公用的外壳或一组外壳封闭起来。欧式箱变内设备均为模块化设置，且装设在柜体内，设备间互相隔离，运行可靠性高，检修维护方便，发生故障时故障范围不易扩大；但占地面积较大，造价较高。
华式箱变是结合美变和欧变的优点，最新研发的新型箱变。其整体框架与美变大体相同，只是高压开关设备采用真空负荷开关-熔断器组合电器，这样解决了美变变压器检修难的问题；采用这种结构后，可以安装瓦斯继电器，而美变无法安装。华变的造价要比欧变低，比美变要高些。
现在国内已有几家厂商掌握了此项技术，很多厂家正在研发此类产品，且在新能源发电厂，已有很多运行业绩。综上本工程推荐采用华式箱变作为本工程升压变压器。
图4 华式箱变外形图
5 结论
光伏电站设计中，在主要设备和材料的选择上，应做到高可靠性和高性能比、缩短建设周期、减少后期维护量、提高运维效率、降低运维成本显得尤为重要。只有协调好整个系统工作可靠性和系统成本之间的关系，在保证质量的前提下节省投资，才能达到最佳的经济效益，使光伏电站在寿命期为用户提供更多的收益，为社会发出更多的清洁电力。
论文作者:蔡春燕1,,于国新2
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷15期
论文发表时间:2019/11/15
标签：逆变器论文; 电站论文; 光伏论文; 集中式论文; 组件论文; 材料论文; 组合论文; 《建筑实践》2019年第38卷15期论文;