河南中核五院研究设计有限公司 河南郑州 450052
摘要：根据“十二五”规划纲要，新能源产业被列为战略性新兴产业，专栏五提出了要建设高效太阳能发电新组件产业基地和实施太阳能发电规模化应用示范工程，在专栏六的能源建设重点中也提出了以西藏、内蒙古、宁夏青海新疆云南等省区为重点，建成太阳能电站500万kW以上。同时，在相关战略性新兴产业发展专项规划中也提出了开拓多元化的太阳能光伏光热发电市场的任务，并制定了一系列引导光伏产业健康高效发展的措施和优惠政策。基于此，本文主要对大型光伏电站集电线路电压等级选择进行分析探讨。
关键词：大型光伏电站；集电线路；电压等级选择
前言
一般来讲选择10kV电压等级集电线路可以在光伏逆变单元、10kV配电装置、无功补偿装置方面比选择35kV电压等级集电线路造价低。但是，大型光伏电站随着规模的增大导致集电线路长度的增加，采用35kV电压等级的集电线路由于集电电流较小可以采用更小的电缆截面，在电缆投资方面会小于采用10kV集电线路。另外，在损耗方面，35kV集电线路远小于10kV集电线路。所以，有必要对大型光伏电站集电线路电压等级进行比较选择。
1、大型光伏电站模型建立
北纬44.46°新疆某地基础资料如表1所示。全年平均水平面年总辐射值为5052.7MJ?m-2。
为了准确计算，考虑散射影响，采用天空散射各向同性模型计算并利用PVSYST软件进行验证，计算场址不同倾斜面的太阳辐射量，确定光伏组件最佳倾角为35°，倾斜面最大年总辐射为5759.31MJ?m-2，即1599.8kWh/m2，阴影系数为4。光伏组件选用多晶硅，单片电池峰值功率为230Wp，尺寸为1640mm×990mm×50mm(L×W×H)，串联个数N=20，逆变器选用GTI-500。
表1
图2
图2共布置风机200个1MW光伏方阵，按110kV向南出线考虑，110kV升压站布置在方阵南面。图中粗实线表示集电线路走向。200MW的光伏电站的110kV配电装置按单母线接线，设置四台50MVA的110kV升压变压器，变压器根据集电线路电压等级不同采用110kV/35kV或110kV/10kV变比，每台变压器对应一段35kV或10kV母线段，共设置四段母线，I段和II段设置母联装置，III段和IV段设置母联装置。根据集电线路电压等级、集电线路截面及载流量输送容量等综合因素考虑，拟对35kV电压等级集电线路每回输送容量设为10MW，对10kV电压等级集电线路每回输送容量设为5MW。
2、造价比较
2.1集电线路造价比较
从集电线路短路热稳定方面选择得到35kV集电线路最小截面为(3×50)mm2(短路电流Ik取25kA，t取0.1s，铜芯电缆)；10kV集电线路最小截面为(3×95)mm2(短路电流Ik取40kA，t取0.1s，铜芯电缆)。
根据载流量、压降校验等因素选择35kV电压等级电缆截面如下：
#1～#9光伏方阵逆变单元采用ZR-YJV22-3×50mm2电缆；
#9～#10光伏方阵逆变单元采用ZR-YJV22-3×70mm2电缆；
#10光伏方阵逆变单元至升压站35kV配电装置采用ZR-YJV22-3×70mm2电缆。
根据载流量、压降校验等因素选择10kV电压等级电缆截面如下：
#1～#4光伏方阵逆变单元采用ZR-YJV22-3×95mm2电缆；
#4～#5光伏方阵逆变单元采用ZR-YJV22-3×120mm2电缆；
#5光伏方阵逆变单元至升压站10kV配电装置采用ZR-YJV22-3×185mm2电缆。
根据以上条件算的200MW光伏电站35kV电压等级集电线路电缆数量如表2所示。
表2
由表2和表3可以看出，采用10kV集电线路较采用35kV集电线路在集电线路初始投资上贵约1689万元。以上电缆价格均在铜价为58000元/t的基础上，由国内知名厂家提供报价。
2.2配电装置及其他部分造价比较
若集电线路采用35kV电压等级，则在35kV配电装置、无功补偿装置、逆变升压单元、主变压器等方面比采用10kV电压等级要贵。其中开关柜逆变升压单元是主要方面。
若采用35kV集电线路，每段35kV配电装置共有5面光伏馈线柜、1面进线柜、1面分段柜或插件柜、1面PT柜、1面无功补偿馈线柜、1面站用接地变或接地变柜，共计10面柜子。若采用10kV集电线路，每段10kV配电装置比35kV配电装置多5面馈线柜，共计15面柜子。为简化比较，按10kV开关柜10万元/面，35kV开关柜20万元/面。若采用35kV集电线路，无功补偿装置按SVG型式考虑，比采用10kV集电线路无功补偿装置多一台容量为10MVA，电压变比为35kV/10kV的两卷变压器，此变压器价格约为60万元。
若采用35kV集电线路则逆变升压单元中的变压器需选用35kV变压器，相关高压侧设备需采用35kV电压等级，若采用10kV集电线路，则变压器和相关高压侧设备均为10kV电压等级，每套1MW的逆变升压单元采用35kV电压等级比采用10kV电压等级贵约8万元。同时考虑主变由于低压侧电压等级的升高所产生的差价约20万元。
3、结语
由以上比较分析可知，对于所建200MW大型光伏电站模型，当集电线路采用35kV电压等级时，在初始投资方面，要高于采用10kV电压等级，但在损耗方面，远低于10kV电压等级，根据效益比较，集电线路宜采用35kV电压等级。主要原因是集电线路的总造价及损耗，由于光伏电厂布置范围较大，集电线路的造价比重大大提高。利用同样的方法，将光伏电厂的规模缩小到50MW进行分析，结论为采用10kV电压等级比采用35kV电压等级初始投资少340万元，但每年因集电线路引起的损耗要增加18万元，算得△FIRR=2.2%，结论为宜采用10kV电压等级集电线路。
参考文献：
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[2]赵飞，梁志瑞，王宁．光伏并网发电系统孤岛检测技术[J]．中国电力，2010，43(5)：64．68．
论文作者:贾颍辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年3期
论文发表时间:2019/6/19
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