光伏發電站系統設計與應用

陳世明

摘 要：隨著能源危機和環境問題的不斷加劇，如何利用清潔能源成為關注的焦點。太陽能作為一種新能源以其環保、安全可靠，隨處可以得到等優點受到人們的青睞。本文通過農業高新技術開發區的新建光伏發電站，整體介紹了太陽能光伏發電系統的類型及其構成。

關鍵詞：光伏發電站系統；逆變器

1 工程概述

傳統農業在農業經濟體系中占主導地位，產業發展還處于一種較為落后的狀態。打造國家農業高新技術開發區，對農業農村發展將起到帶動、輻射和示范作用。本次設計內容為在高新技術開發區新建容量為200kW并網太陽能電站一座。

2 太陽能電站系統設計

2.1 工作原理

這一工作原理主要是指對太陽能源的轉化，通過控制器能夠加強電路以及用電的控制，同時，有利于保證多余電能的適應，對于太陽能電力使用過程，需要通過畜電池來實現能源的轉換。

但在一定條件下，夜晚時期，太陽能系統可能會出現畜電池以及用電的控制，在太陽能系統電池出現問題時，也能夠利用畜電池來進行控制，逆變器，交流配電柜、防雷系統、匯流箱、直流配電柜、環境監測系統、監控系統等設備組成。

2.2 系統設計

根據本工程的裝機容量，將系統劃分為幾個單元，并將這幾個單元的電量限制在20KW，將這些逆變器的電流與電網相結合。系統選用電池作為重要組件，并將這些組件的功率限制為250W，但工作電壓則需要將其控制在37.8V。在這一項目進行過程中還要注意電壓范圍以及逆變器的電池串聯情況，同時，對于每一天逆變器的電池組件還要進行配置太陽能電池組件并聯的數量為Np=20000÷2500=8列。容量為200KW的并網單元，需配置80個電池串列，共計800塊電7池零件。系統在配電過程中對于配電柜的選擇也需要考慮到各單元的影響因素，除了逆變器的裝置監測之外，還需要設置相應的監控來了解發電系統的變化。

2.3 蓄電池組的設計

系統當中的電池儲備一般是通過鉛酸蓄電池來進行，在計算蓄電池的容量過程中主要是采用以下公式：

Q≥KIT/？濁[1+？琢（t-25）]

公式當中的C表示為蓄電池容量[kWh]；

而字母D則用來表示日照時長：日照時間用電也要限制用量。對于蓄電池的修正系數在一般情況下限制在1.05；

Po：而對于蓄電池的平均負荷量則需要進行重新維修保養的值為0.8；

U：如果限制蓄電池的放電深度，則主要以0.5；

Ka：除了以上幾個方面，還有逆變器在進行電流回路時的損失率主要取值為0.7，但如果出現特殊情況，則將逆變器的值設置為0.8。

本文對于蓄電池的容量計算公式為C=160×3×1.05/（0.7×0.5×0.8）

=1800KWh蓄電池配置負載按約160KW左右的計算：系統設計的參考連續陰雨天數為3天，根據電力情況，戶用電壓為220V，蓄電池電壓選擇為48V。

對于塊單體的蓄電池用量需要采取串聯的方式，總數為63組，電池容量則限制為37800Ah，即37800AH×48V=1814.4KWh。

2.4 電池板傾角的計算

在項目進行過程中還要重視其實用性的變化，而這一工程主要是采用電池方陣來進行。前后排之間間隔為2.5m。太陽能光伏陣列安裝傾角為45°。

2.5 逆變器

在逆變器的設計過程中需要注重電壓的變化，只有嚴格限制電壓，才能使逆變器具有更好的負載能力，因此，考慮到當地的電壓最大額度為220V，因此，就必須將逆變器調整為220V，這也是逆變器使用過程中的用戶需求，能夠適應用戶需求變化。但逆變器在運行過程中也會出現沖擊電流較大的情況，同時，還要注重負載能力，為最佳選擇。

2.6 方陣支架

這一項目設計過程中主要是由250W的太陽電池組件組成，同時，還需要太陽電池。在這一過程當中，單板尺寸是重要核心，1640mm×990mm×50mm的尺寸為基礎，對于方陣的架設傾角則為45°。方陣支架需要采用C25混凝土現澆，并設置地角螺栓，每一個基礎為0.08m3（0.4×0.4×0.6）。

3 光伏方陣電氣設計

太陽能發電系統利用系統控制，對太陽能進行轉換，并通過建筑物來實現電網的負載使用，因此，在設置防逆流裝置時，需要考慮到電流的外部高壓電網，并利用開關來防止電流裝置的運行，同時，也要盡量防止電流進入到電網當中的壓力。

3.1 系統直流側最高工作電壓

在這一系統過程中，要注重電流以及電壓的額定工作電壓，同時，還要對系統的工作電壓制定相應的限制，從而防止系統在工作過程中出現問題，以及逆變器直流側最高電壓。對于直流的輸入需要控制在200V～510V范圍內，并將電壓控制在600V。

3.2 組件設計

在系統發電過程中，將其進行具體劃分，同時，在發電單元以及電壓配電柜的電壓在一般情況下是接入0.4KV低壓，經過0.4KV/10KV（200KVA）變壓器升壓裝置，最終實現整個并網發電系統并入10KV中壓交流電網。

逆變器輸出為三相0.4KV電壓。交流配電柜需要進行電流交換，同時，變壓器在出現斷路時，也要對每一臺電表與電壓進行監察，才能夠更好的發出電流。

4 系統接入電網設計

由于整個系統需要并入10KV的交流電網，所以本系統需配置1套10KV升壓站，該升壓站主要包含10KV主變、10KV 開關柜、0.4KV開關柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。

系統配置10臺并網逆變器的交流輸出直接接入交流配電柜的0.4KV開關柜，經交流低壓母線匯流后通過10KV主變接入高壓的10KV開關柜，并入10KV中壓交流電網，從而最終實現系統的并網發電功能。

5 接地及防雷

如果要穩定光伏發電系統運行，就需要采取防雷措施來保護系統器件，同時，還要考慮外在因素對系統設備的影響，本系統設有防雷接地系統。

在施工期進行基礎建設的同時，用-40×4的扁鋼可靠焊接，形成人工接地體，接地電阻范圍限制在4歐姆以內，同時，還要為配電室放置避雷針，高度限制為15米之內，并將這一位置作為地線，方法能夠根據以上來進行。所有的機柜要有良好的接地。

對于直流的保護措施，需要電池支架來與地進行良好的接觸，并通過與電纜相連接，來為配電保護裝置提供重要保證，通過設置多級保護裝置有利于防止設備出現問題。

在采取保護措施的過程中，需要加強與用戶之間的交流負載，從而最大程度上防止設備出現損壞，也能夠進行電流匯總，因此，要重視防雷措施的交流。

6 光伏發電電能質量提升的主要對策

6.1 加大并網點短路容量

不斷提升光伏發電站的電壓，同時也要考慮電站的容量水平變化，主要原因在于這一方式有利于適應電壓變化，同時，也能夠使電壓得到平衡。

6.2 電能控制裝置

電網質量對于光伏發電系統至關重要，除了一般情況當中的APF、DSTATCCOM之外，同時，也能夠利用SVC代替，這一裝置也能夠為光伏發電系統提供支持。

但就光伏發電系統本身而言，其主要是在發電過程中就能夠使光伏源具備明顯的優勢，不僅能夠進行調節，同時，也能夠調節電能質量，采取多種措施來提升電能質量，這對于電能質量提升產生很大影響，同時，采取多種措施來控制光伏發電系統，也有利益解決光伏發電系統當中的問題，也能夠更加確定。但需要不斷改進電能質量，這也是光伏并網的主要特點，通過加強諧波控制，并將諧波與無功補償相結合，能夠實現電網質量的提升。

6.3 增加一定的調壓設備

在系統運行過程中，要考慮到設備的調壓性，通過將電力器與系統電路相關聯，有利于實現系統電路的搭載，同時，也能夠保證系統電路的工作效率。

這一裝置主要是通過電容器來進行調諧，但同時，系統電路在進行調諧過程中也需要利用濾波電路來實現。這一裝置能夠最大程度上降低諧振特性，并使得諧波能夠得以消除，這一功能主要是對電流的吸收作用，利用這一裝置有利于最大保證系統運行效率，降低投資風險，維護系統的正常運作。

目前最為常見的則是利用無源濾波器來實現對諧波的抑制作用，這一系統有利于保證諧波的固定效率，但同時，使用濾波器也能夠解決系統電路在諧振過程出現的問題，甚至會產生嚴重的后果，這對于系統運作而言是極為不利的，也是造成系統運行過程出現嚴重問題的因素。

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