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摘要：近些年来，很多国家都意识到了能源紧张的问题，尤其是电力已经成为人们各项生产生活中不可缺少的能源支撑，确保电力的稳定供应是一个迫切需要解决的重要任务。当前我国高度重视节能环保工作，大力开发新型能源，关注可再生能源的利用，基于太阳能的光伏发电系统有着很高的发展价值，但想要充分发挥其实际作用，不断优化电气设计是当前电力技术人员需要重点研究的内容。本文主要针对光伏发电系统电气设计的方法进行了一些探索，希望能够对相关人员提供一些有价值的参考。
关键词：光伏发电；电气设计；方法
引言
近些年来，我国社会经济持续稳定向前发展，同时随着工业化进程不断加快，难以避免资源和能源的大量消耗，其中电力消耗量就非常大，尽管现在已经注重开发风能、太阳能、潮汐能等新能源，但是能源紧张问题还是需要引起高度的重视，走可持续发展之路。当前我国光伏发电系统方面还不成熟，仍然存在着很多地方的问题需要解决和不断完善，相关技术人员要优化电气设计工作，努力为社会生产生活提供更加充足的电力能源。
一、光伏发电的原理分析
对于光伏发电来说，主要是借助了生伏打效应的原理，通过运用一些特殊物质，当太阳对其表面进行照射以后，这些物质会吸收一定的光子，进而产生特定的运动，也就产生了电能，从而实现了由光能向电能的转化。根据这一应用原理，我们不难发现，太阳能电池板是最为关键的发电元件，所以必须要确保太阳能电池板材料的优质，才能提升能量转化效率，产生更多的电能[1]。
光伏发电系统主要分为太阳能电池板、控制器、蓄电池、直流配电箱、交流配电箱这个几个部件。太阳能光伏发电系统大体上可以分为以下两类：一是并网发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂。通过光伏数组将接收来的太阳辐射能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流；另一个是独立式发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路。光伏数组首先会将接收来的太阳辐射能量直接转换成电能供给负载，并将多余能量经过充电控制器后以化学能的形式储存在蓄电池。
二、光伏发电系统电气设计的方法
（一）集电线路一次系统设计
1.确定集电线路的初步方案
在光伏阵列的选件上，可以选用容量为1000kVA的变压器，然后将电流汇流到开关站的母线。200MWp光伏阵列的每个分阵，都可以采用首尾串接的方式并入电线路。在箱变高压测，应该设置高压负荷开关，避免一个方阵的分合对其他方阵的正常运行产生不利影响。
2.对开关站进行电器计算
开关站一般布置在地势较为平缓的地段，如光线较少遮挡的山顶，从而减少土方量，便于线路接入。在选择电气主接线时，应该分为低压站用电压和高压站用电压两级电压，经过两回集电线路汇集电能之后，将电能发送到开关站，然后再通过单回架空出线接入变电站。在35kV系统中，主要采用单母线主接线方式，母线是由一次性建成的，在母线上面设有六面柜，分别是架空出线柜、电缆进线柜、无功补偿馈线柜、变压器出线柜和母线PT 柜，这六个柜分别布置在母线的六面[2]。
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（二）注重电气一次设备型号的选择工作
1.35kV 配电装置的选择
在进行 35kV 配电装置选择的过程中，应当考虑开关站的海拔高度，和场地的污秽等级。在评估地理位置的要素时，要选用固定式的开关柜，它的造价较低，修正方便，而且维护空间较大，但是更换频率较低。移动式开关柜的体积较小，重量很轻，而且外表美观，但是容易发生失灵等问题，增加维护人员的工作量。
2.其他设备的相关技术参数
开关柜的技术参数：额定电压、频率、电流、短路开断电流、短路关合电流、动稳定电流、热稳定电流和外壳防护等级。断路器的技术参数：耐受电压、短路开断电流、短时耐受电流、峰值耐受电流等等。隔离开关技术参数：短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压、短时耐受电流、峰值耐受电流等等。
（三）电气二次系统的设计
1.NCS监控系统
在电气二次系统设计时，应当设置一个监控系统NCS，对光伏系统发电的运行状况进行动态监测和在线分析，对光伏电站的发电能力进行科学评估。NCS 包括站控层和间隔层，在站控层失去效用时，间隔曾仍然能进行独立工作。光伏电站的 NCS监控范围包括太阳电池方阵、逆变器和开关站配电装置等系统，具有监视、控制、报警和保护等功能[3]。
2.安全自动装置和 UPS 系统
在电气二次系统设计时，应该采用安全自动装置和UPS系统。安全自动装置要对 35kV 架空送出线路、电缆集电线路进行保护，UPS系统指的是交流不停电系统，可以为蓄电池浮充电等不停电负荷提供不间断的供电。
（四）分布式光伏发电系统逆变器设备的选型
对于分布式光伏发电系统逆变器设备，工作人员需参考整个分布式光伏发电系统的装机容量，选择输出功率与其基本一致的逆变器设备。还需要综合考虑最大直流电压、MPPT 数量、MPPT 电压区间、额定输出电压参数、直流输入接线端口数量，以及功率因素等相关技术参数。例如在对直流输入接线端口数量的选型上，需参考组串并联具体路数；在对组件组串数量的选择上，则应当考虑最大支流电压以及MPPT电压区间的影响；在对MPPT数量选型上，应当考虑光伏组件的朝向[4]。
（五）光伏直流电缆的选型
在针对光伏直流电缆的选型方面，需根据分布式光伏发电系统所处的特殊环境条件设计光伏设备专用无卤PV1-F 电缆，支持组件间汇流连接以及跳线功能。特别需要注意的一点是：在分布式光伏发电系统运行环境温度≥60℃的情况下，需对载流量进行合理修正。
三、光伏发电的监控系统
监控系统采用通用的分层分布式结构，现场设置监测元件，中间设置通讯管理设备，中央设置集中管理设备。①现场光伏组件阵列的每一个光伏组件的安全运行都应有实时监测。即每一个光伏组件的电流、电压及组件温度等，均应设置检测元件，采用数字通讯与上级监控设备联系，实现实时监测。②现场光伏汇流箱内应设置光伏组串监控设备，每1路光伏组串回路设置电流、电压及直流电弧的检测元件，另对防雷保护器的实效及断路器的通断状态等也应有实时监测。③对逆变器直流总输入电流、电压、开关状态、过电压保护器及滤波器等均应有监测；对输入总功率及运行电能可随时打印；对逆变器交流侧电流、电压、有效功率、视在功率、总电流畸变率、电网频率、功率因数、设备温度等应有实时监测，并控制冷却风机自动启/停对输出总功率及运行电能应有可视监测仪表[5]。
结语
综上所述，电力是支撑社会经济发展的基本能源，为了保障电力能源的稳定供应，开发利用清洁可再生的太阳能资源是一个很好的发展方向，其中光伏发电技术又是一个应用更加广泛的组成部分。因此，为了确保光伏发电系统更好地发挥实际价值，电力相关技术人员需要不断研发，发挥创新思维，引入先进的科学技术，掌握相关电气设计要点，从而确保我国的电力能源安全。
参考文献
[1]卢倩楠.绿色建筑中太阳能光伏发电系统的设计研究[D].西安：长安大学，2016.
[2]张拓.我国民用建筑光伏系统电气设计的研究[D].吉林：吉林建筑大学，2014.
[3]邵小雷.分布式光伏发电系统的电气设计研究[J].山东工业技术，2016（08）：164.
[4]吴冀.分布式光伏发电系统的电气设计研究[J].工程技术：全文版，2016（10）：104-105.
[5]马欢.解析光伏发电系统电气设计方案[J].低碳世界，2017（02）：52-53.
论文作者:刘德彬1,曹晓青2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/17
标签：光伏论文; 系统论文; 电流论文; 电压论文; 电能论文; 分布式论文; 逆变器论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;