摘要：随着我国经济快速发展，不可再生能源的大量消耗导致气候变暖和环境污染，而可再生能源太阳能发电技术采用一次能源，具有无需运输、无需存放场地、无污染的特点，是改变气候变暖和环境污染的有效措施，是理想的零能耗、零排放、零污染的发电技术。基于此，本文将着重分析探讨光伏发电系统电气设计，以期能为以后的实际工作起到一定的借鉴作用。
关键词：光伏发电系统；电气设计
1、前言
随着经济的全球化，工业经济越来越突出。工业发展过程中离不开能源的消耗，近些年来国内外大力发展并探索一些新的能源来解决日益匮乏的能源问题。核能、潮汐能、风能、太阳能等，尽管这些能源领域都已经做出了一些科研成果，但是对于光伏电能尤其是分布式光伏发电的研究还不是很成熟。因此，对光伏发电系统电气设计的探讨具有重要的现实意义。目前，光伏组件、逆变器及直流系统的开关、导线、电缆等设备均是成套生产，成本已大幅降低，今后光伏发电系统在民用建筑工程中一定会有更大的发展。
2、工程概述
光伏电站总装机容量峰值为30MW，采用多边形布置，南北长约800m，东西宽约1400m，总占地面积约112万m2，土地性质为国有未利用荒山。周边有国道高速公路为邻，交通方便。
3、光伏电站电气设计
3.1电气一次设计
通过技术与经济综合比较，结合占地等因素，本工程总体装机容量为30.0105MWp，光伏组件选用选用多晶硅325Wp光伏组件，组件共92340块。本工程设计总装机容量30.0105MWp，并网方案采用集中式并网。
本电站由15个2MWp光伏子方阵组成，每个2MWp光伏子方阵由1个2000kW集中式逆变器与1台2000kVA/37kV升压箱变构成，7台/8台35kV升压变压器在高压侧并联为一个集电线路路，全站共2回集电线路接入新建110kV升压站35kV开关柜。
3.2电气二次设计
光伏发电系统中太阳电池组件不单独设监控装置，而是通过汇流箱对太阳电池组串的实时数据进行测量和采集。逆变器和箱变设数据采集装置对监控装置的实时数据进行采集，将采集到的数据和处理结果以通讯方式传输到站控层，由光伏电站运行人员进行集中远方监视和控制。
电站按无人值班的原则进行设计，采用以计算机监控系统为基础的监控力一式。在办公楼设中控室，通过后台机实现对电池阵列、并网系统及电力系统的集中监控和管理。电站设置工业电视系统作为视频监视手段，与计算机监控系统共同完成对电站的监控。
4、光伏发电系统电气设计
4.1集电线路一次系统设计
4.1.1确定集电线路的初步方案
应该确定集电线路的初步方案。组件采用2*19单排布置在一个固定支架上，每个支架上固定19块组件，每16串接入1台16汇1组汇流箱，每11台汇流箱接入一台集中式逆变器。每个发电单元设置一台2000kVA/37kV双绕组箱式变，每7台/8台35kV箱变在高压侧并联为1回集电线路，光伏区共计2回集电线路接至新建110kV升压站35kV母线侧。
4.1.2对升压站进行电器计算
应对升压站进行电器计算。升压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，这样可以减少土方量，便于线路的接入。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，将电能发送到升压站，然后再通过单回架空出线接入电网。
4.2电气一次设备选型
4.2.110及35kV配电装置选择
本工程终期规划容量为100MWp，配套建设一座110kV升压站。
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110kV采用单母线接线，本期新建110kV线路出线间隔1回，，110kV PT间隔1回；预留1回110kV线路出线位置，110kV主变进线间隔1回。
35kV采用单母线单元接线。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，分别是一面主变进线柜、两面电缆进线柜、一面无功补偿馈线柜、一面接地变出线柜和一面母线PT柜。按最终4回集电线路进线，一次建成。
设备选择暂按110kV侧短路电流40kA、35kV母线短路电流 31.5kA 进行电气设备选择。在进行35kV配电装置选择的过程中，应当考虑升压站的海拔高度，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，固定式的开关柜和移动式的开关柜具有各自的优点。
4.2.2其他设备技术参数
开关柜的技术参数包括以下几个指标：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。断路器的技术参数要综合考量如下指标：耐受电压、短路开断电流、短时耐受电流、峰值耐受电流等等。隔离开关要考量的技术参数包括：短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压、短时耐受电流、接地开关额定短路关合电流、峰值耐受电流等等。
4.3电气二次系统设计
4.3.1NCS
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、逆变器和升压站配电装置等系统，具体功能有监视、控制、报警和保护等。
4.3.2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。
4.4分布式光伏发电系统逆变器设备选型
在有关分布式光伏发电系统逆变器设备的选型方面，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。除此以外，在逆变器的选型中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对分布式光伏发电系统电气运行的影响。
4.5光伏直流电缆选型
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。
5、光伏发电系统监控
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。具体由承包商设计及实施。
6、结语
太阳能是一次能源，也是可再生能源，能源丰富，既可免费使用，又无需运输。光伏发电既不消耗资源，又不释放污染物，不存在废料、废水、废渣等问题，是零耗能、零排放、零污染的发电技术，对周边环境保护和生态环境改善及经济效益提高都有十分显著的作用。今后随着国家政策的支持，光伏发电技术一定会有更大发展。
参考文献：
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[2]赵争鸣.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化，2011
[3]张兴.太阳能光伏并网发电及其逆变控制[M].北京：机械工业出版社，2010
论文作者:刘文斌
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/6/8
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