摘要：随着我国能源紧缺问题的进一步凸显，有必要对我国的电力系统进行优化，推动绿色电力的发展，其中，光伏发电是可重点突破的领域之一。基于此，论文对光伏发电系统与电气一次系统进行了简单介绍，继而从光伏发电系统的特点出发，分别进行光伏发电系统和电气一次系统的设计。
关键词：20MW；光伏发电系统；电气一次设计
引言
为缓解能源危机，世界各国都在积极开发利用可再生能源，如太阳能、生物质能等。在可使用的能源中，太阳能是一次性转换效率最高的能源，且使用简单、经济、环保。因此，近几年，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。
一、20MW光伏发电系统设计
（一）光伏组件
在光伏发电系统中,光伏组件是核心器件。光伏组件具有很多不同类型,如蹄化镐薄膜太阳能电池、多晶硅太阳能电池、单晶硅太阳能电池等。目前,单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池产品性能较稳定,使用时间较长,具有较高的光电转化效率和较成熟的制作计算,所以当前的大型并网光伏电站多使用这两种类型。通过对本电站周围环境、施工条件、光伏电站年发电量、光资源状况等进行深入分析后,20MW光伏发电系统设计主要选用多晶硅太阳能电池组件。20MW光伏发电系统需安装较多组件,且这些组件要占用较多用地面积。为有效减少占地面积,降低组件安装量,将单位面积功率高的光伏组件作为首选对象。在多数大型并网光伏发电系统内,多晶硅太阳能组件的规格范围为250至320W。综合考虑组件市场占有率、组件技术成熟性、组件效率、组件价格等因素后,拟选用78000块260W多晶硅太阳能组件。
（二）光伏组件方阵
光伏组件运行模式主要分为固定安装式以及自动跟踪式。针对自动跟踪式而言，该模式的倾斜面可以有效接收太阳总辐射量，提供发电量，但是却存在一些问题，主要体现为以下几点：
1、装置内部十分繁琐，电池阵列本身带有同步性的特点，这对机电控制、机械传动器件提出非常好的要求，相应的提高了初始与维护成本。
2、自动跟踪式系统使用的电池组件非常多，所以场址占地面积要远远超出固定式安装。
3、自动跟踪式系统运行期间会消耗电量，所使用的逆变器也是以并联分散式布置为主，很难实现集中控制，相较于相对固定式的逆变器要追加很多投资。配备了跟踪装置收获的额外太阳能辐射会形成效益，但是这却不能将投入的成本抵消。所以，此光伏组件方阵建议使用固定安装式系统。
（三）逆变器
逆变器是一种转换装置，即将直流电转变为交流电。该系统的规模非常大，按照当前市场占有率、产品成熟性分析，此次以并网型光伏逆变器为例，数量为35台的500kW逆变器，最终所呈现的输出电压是320?V，最大效率则是99.6%。并网逆变电源使用三相桥式变换器，进行光伏阵列输出直流电压向高频三相斩波电压的转换，随后再利用滤波器滤波转变为正弦波电压，并且将其并入到电网中进行发电。为了保证光伏阵列发电的最大功率，直流侧可以使用MPPT算法。
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（四）组件阵列平面设计
光伏组件支架一般是以固定式安装式为主，其倾斜角是23°，支架内部包括光伏组件，将数十个串联成为直流回路，最终的总容量是5720W。各个光伏发电单元中配备了光伏组件支架。此外，光伏组件的排列方式为?2×11方式，使用的光伏组件参数是1640mm×992mm，每两块组件的间距是25mm，所以支架中的光伏组件参数则可以确定为3305×11162mm。
太阳能阵列设计时，需要对前后排阴影遮挡这一问题加以考虑。可以通过计算的方式明确阵列最佳距离。如果光伏阵列的倾斜角是23°，这时通过计算可以得知，冬至日方阵时刻的电池组件阴影长度在时间推移下形成的曲线。该方阵的南北间距以5.2m为最佳，阴影长度则以2.1m为最佳，只有保证该数值，才能够使冬至日9:00am至15:00pm期间的太阳能阵列免于被遮挡。
二、电气一次设计问题研究
（一）接入电力系统研究
光伏发电系统接入电力系统时,应考虑不同电站场址间的距离需求,变电站、对侧变电站的接受度。在变电站中接入X回架空线路时,需有效控制输送容量,使其输送容量保证在20MW左右,输送距离在11km左右。
（二）电气主接线研究
对于电气一次35kV开关站电气接线,工作人员应进行有效设计。电气一次35kV开关站电气接线内容包括光伏电站、部分箱式变电站、侧接线等。开关站35kV侧接线通过单母线接线方式接入电力系统,同时各种高压开关柜安装在单母线接线上,通过运用这些高压开关柜,可有效提高系统运行质量。35kV箱式变电站采用双分裂相,有效控制变电站高压侧电压等级始终保持在35kV,为使其便于运行,设置大量光伏发电单元,且各发电单元容量均等。为保证各发电单元正常运行,应将发电单元设置在双分裂箱式变压器中,同时有效控制箱变低压侧的电压水平。
（三）光伏电站集电线路
输电线路可选择电缆或架空线。架空线的美观性较差，且会对光伏组件产生阴影影响，易出现遭雷击、绝缘子污闪等故障，后期维护成本高，损耗也比电缆方案大，故本光伏电站集电线选择电缆，采用2回35kV集电线路。
（四）站用电源研究
在光伏电站工程中，主要以三相四线制接地系统当做站用电源，为了保证电源运行的正常性，一般会使用2回低压交流进线。在站内，用电系统需要与两个站用变进行搭配，对系统的正常运行提供保障，不同的站用变均可带母线，针对一些重要负荷，操作人员可以在多个母线位置展开双回源引处理，使其中一台站用变在母线内引取，另一台站用变则连接电源，通过交直流一体化系统完成建设工作。
三、结束语
综上所述，20MW光伏发电系统与电气一次设计，一方面这有利于实现正常供电，另一方面则对推进社会发展起到重要意义，但是该项工作目前依然处于发展阶段，还需要专业人员继续深入研究。本文对20MW光伏发电系统设计及其电气一次设计存在的问题进行了研究,以期能为相关工作起到参考作用。
参考文献
[1]邵巍.浅析20MW光伏发电系统和电气一次设计[J].科学技术创新,2019(2).
[2]区晓良.20MW光伏发电系统与电气一次设计分析[J].企业技术开发,2017,36(7):66-67.
论文作者:谷彦春
论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期
论文发表时间:2019/12/11
标签：光伏论文; 组件论文; 系统论文; 电气论文; 太阳能论文; 阵列论文; 电站论文; 《基层建设》2019年第25期论文;