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摘要：随着近几年大中型地面光伏电站在我国的迅速发展，光伏电站子方阵的装机容量、技术方案、施工运营都提出了更高的要求。本文结合光伏电站建设和设计经验，在经济性、可靠性、先进性、实用性4个方面对不同子方阵的配置方案进行了研究讨论。
关键词：光伏电站; 子方阵; 装机容量；逆变器
引言
太阳能属于主流新能源品种，是可供人类利用的储量最为丰富的清洁能源之一，也是最有可能在成本和大规模商业应用规模上与传统能源竞争的清洁能源之一。
根据国家能源局发布的《太阳能发展“十三五”规划》，中国光伏发电累计装机从2010年的0.86GW增长到2016年的77.42GW， 2017年光伏市场规模快速扩大，新增装机容量53.06GW，累计装机容量130.25GW。
过去的2017年是我国光伏发电行业，在产业规模、技术水平、企业效益等各方面得到全面发展的一年。然而，我国光伏产业也面临着很多问题和挑战，我国对光伏发电项目提出了更高要求，不仅要提高光伏发电质量和技术水平，更要合理降低项目成本，提高光伏发电项目的经济性和可靠性。
1 太阳能光伏发电系统的构成
大中型地面光伏电站一般采用集中式并网电站。光伏发电系统主要由太阳电池阵列、逆变器及升压系统三大部分组成，其中太阳电池阵列及逆变器组合为发电单元部分。
2 子方阵方案研讨
通常情况下，大中型地面光伏电站会根据站区地形、设备特点、施工条件及电网要求等因素来选择光伏子方阵方案。根据《光伏发电站设计规范 GB 50797-2012》,单元模块的容量需结合逆变器和升压变的配置选取光伏电站，子方阵容量一般不宜超过2MWp。
2.1 逆变器的选择
光伏电站光伏区逆变器配置方案主要有两种：组串式逆变器方案、集中式逆变器方案。
组串式逆变器基于模块化的概念，将光伏方阵中的每个光伏组串连接至指定逆变器的直流输入端，完成将直流电向交流电的转换。
集中式逆变器是多路光伏组串经过汇流后连接到逆变器直流输入端，集中完成将直流电转换为交流电。
组串式逆变器具有故障范围小、维护方便；直流侧安全稳定性高；阵列失配损失小，MPPT效率高；夜间待机损耗小；安装简便、节省用地等优势。
为使组串逆变器容量选择更加合理可靠，经济技术最优，选取工程上常用的50kW和75kW组串式逆变器进行如下比较，如表1所示：
表1 50kW和75kW组串式逆变器技术对比表
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通过以上技术分析可知，50kW和75kW组串式逆变器技术先进性基本一致，运行均安全可靠。仅从设备投资方面考虑，1.25MWp子方阵的75kW组串式逆变器的经济性略好于50kW组串式逆变器。
综合以上分析结果，从技术先进性方面，两者差异并不大，虽然选用50kW组串式逆变器方案，所需逆变器台数较多，检修维护工作量会较大，故障率会略有增加，但整体增加量并不明显，且目前50kW组串式逆变器应用更广泛，运行经验更加丰富。
2.2 子方阵方案的讨论
2.2.1 子方阵系统方案概述
目前，大中型光伏电站常用的子方阵装机容量有1MWp,1.25MWp和1.6MWp三种方案。
针对以上3种方案的设备可靠性、先进性；项目建成后的检修维护的便捷性，项目的经济性三个方面进行分析和讨论。
2.2.2种方案的电池组件均采用具有转换效率高，组件衰减小的350Wp单晶硅电池组件，逆变器采用50kW组串式逆变器，汇流箱采用4进1出交流汇流箱各子方阵太阳能电池组件串联数量的计算公式如下：
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以陕西地区的气象条件为数据依据，根据350Wp光伏组件及50kW组串式逆变器的技术参数，计算得结果S=18。
方案一：1MWp子方阵的系统方案概述。
1MWp发电单元由160路太阳电池组串单元并联而成。每8个电池组串接入一台50kW组串式逆变器，共需20台组串式逆变器。共5台汇流箱接入1台容量维1000kVA的箱式升压变。
方案二：1.25MWp子方阵的系统方案概述。
1.25MWp发电单元由208路太阳电池组串单元并联而成，每8个电池组串接入一台50kW组串式逆变器，共需26台组串式逆变器。共7台汇流箱接入1台容量为1250kVA的箱式升压变。
方案三：1.6MWp子方阵的系统方案概述。
1.6MWp发电单元由256路太阳电池组串单元并联而成，每8个电池组串接入一台50kW组串式逆变器，共需32台组串式逆变器。共8台汇流箱接入1台容量为1600kVA的箱式升压变。
2.2.3 各方案技术差异分析
以上三种子方阵系统方案的主要差异在于光伏组件数量、逆变器数量、交流汇流箱数量、箱式变压器容量、直流电缆和交流电缆的长度以及子方阵用地面积，各方案差异对比详见表3。针对以上几点主要差异，以总装机容量为10MWp的光伏电站为例，进行研究和讨论。三种方案子方阵设备数量详见表2。
表2 三种子方阵方案对比表
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三种方案的直流和交流电缆的压降都能够满足要求，也具有高可靠性。
由表2可知，在电池组件、组串式逆变器、汇流箱和箱变的数量上，方案一最少，方案三最多。因此方案一的故障概率最低，运行和维护最为方便；而方案二较方案一都略有增加，较方案三有明显减少。
2.2.4 各方案经济性分析
同样以总装机容量为10MWp的光伏电站为例，对三种方案的光伏阵列区的主要设备费及其安装费角度进行经济性分析，经济性对比详见表3。
表3 三种子方阵方案经济性对比表
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根据上表的经济性对比结果可见，采用1.6MWp子方阵方案的千瓦造价最小，在三个方案中经济性最好。但实际工程中，还应考虑很多其它因素，如采用1.6MWp子方阵方案的占地面积较大，若光伏场地面积受限，则不推荐采用。
而1.25MWp子方阵方案经济性虽略差于1.6MWp子方阵方案，但是较1MWp子方阵方案有优势。且在三个方案中占地面积最小，设备工程量及安装工程量也适中，因此,1.25MWp子方阵方案适用性较广。
3 结语
当光伏系统采用同种规格电池组件、组串式逆变器和汇流箱时：
（1）采用1.25MWp子方阵方案和1.6MWp子方阵，都属于并网光伏电站经济性较好、可靠性较高的子方案方案。具体采用哪种方式，则应根据工程特点具体分析。
（2）根据光伏电站不同的装机容量，也可以采用不同子方阵方案相结合的方式，从而达到降低投资，提高可靠性和实用性的效果。
参考文献
[1]GB 50797-2012，光伏发电站设计规范[S]，北京：中国计划出版社，2012．
[2]周治．并网光伏电站子方阵最佳配置选择，西北水电，[J]．中国电机工程学报，2012，03:81-87．
[3]李文婷．荒漠并网光伏电站光伏阵列优化设计[J]．中国电机工程学报，2010 (1):25-27.
[4]NB/T 32035-2016，光伏发电工程概算定额[S]，北京：中国电力出版社，2016．
论文作者:何静文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
标签：逆变器论文; 方阵论文; 方案论文; 光伏论文; 电站论文; 电池组论文; 经济论文; 《电力设备》2018年第21期论文;