光伏電站電氣設計淺析

劉德元

【摘 要】光伏發電工程在煤礦塌陷區，不占用耕地。發電能源全部是利用太陽能資源，對當地的環境影響較小，國華神木大柳塔一期光伏并網發電項目屬榆林市長城沿線400公里規劃光伏產業帶的一部分，規劃容量為100MW，本期規模為50MW。本文通過對這一項目的電氣設計進行簡要介紹、分析和總結，提出一些設計體會，供并網光伏電站設計同行和建設單位的技術人員參考。

【關鍵詞】光伏電站；電氣設計；可行性研究

1.項目背景

國華神木大柳塔一期光伏并網發電項目站址位于陜西省榆林市神木縣大柳塔鎮， 位于陜西電網330kV 麟州變電站供電區。該處為煤礦塌陷區，是沙漠丘陵地帶。330kV 麟州變電站是陜西電網西北方向的末端站點，主供9 座110kV 系統及用戶變電站。

2.方案設計

2.1 工程接入電力系統方案

本工程總體規劃建設光伏發電容量100MWp，本期裝機容量50MWp。光伏電站本期新建一座110kV升壓站，以110kV電壓等級并入電網。本期工程以一回110kV線路接入110kV大柳塔變電站，線路總長度4.06km。

2.2 電氣接線方案

2.2.1 光伏場內電氣主接線

太陽能光伏發電系統由光伏組件、并網逆變器、箱式變壓器等設備組成。太陽能通過光伏組件轉化為直流電，再通過并網型逆變器將直流電能轉化為與電網同頻率、同相位的交流電，升壓后并入電網。

2.2.2 110kV 升壓站電氣主接線

本工程新建一座110kV 升壓站，規劃建設2 臺50MVA 主變壓器，本期建設一臺。110kV 采用單母線接線方式，110kV 配電裝置采用戶外敞開式布置。

2.3 主要設備選型和布置

2.3.1 光伏場

（1）匯流箱布置在電池板方陣中，采取戶外安裝方式，固定在光伏組件支架上。電池板與匯流箱、匯流箱與逆變器內直流匯流端之間的電纜通過直埋方式相連。

（2）本工程推薦采用1MW集中逆變箱房，含兩臺500kW逆變器、直流柜、通訊柜等。

（3）本工程采用兩臺500kW并網逆變器接入一臺雙分裂升壓變壓器，分裂變低壓側為兩個獨立繞組，每個繞組對應一只逆變器，根據逆變器容量，分裂變容量選用1000/500-500kVA。

（4）箱式變壓器緊鄰逆變器箱房布置。為減少線損，用大截面電纜連接。箱式變壓器與逆變器之間的電纜通過直埋方式相連。

2.3.2 110kV升壓站

本期工程設備選型如下：

（1）主變壓器選用三相雙繞組有載調壓變壓器，散熱器與主變本體成一體式布置，冷卻方式為油浸自冷ONAN。容量50MVA，型號SZ11-50000/110，變比115±8x1.25%/38.5kV，阻抗Uk =10.5%，接線組別YN，d11。主變壓器采用戶外布置。

（2）110kV配電裝置

110kV配電裝置采用戶外敞開式布置，本期配置主變進線間隔1個、母線設備間隔1個、110kV出線間隔1個。主要設備參數：

110kV斷路器：采用SF6斷路器，額定電流2000A，開斷電流40kA；

110kV隔離開關：額定電流2000A，開斷電流40kA；

110kV電流互感器：主變進400～800/5A，5P20/5P20/5P20/5P20/0.5/0.2S。

出線 600～1200/5A，5P20/5P20/5P20/5P20/0.5/0.2S。

（3）35kV采用金屬鎧裝移開式開關柜，光伏進線、接地變進線及主變進線斷路器選用真空斷路器，無功補償進線選用SF6斷路器。

35kV主變進線開關柜：額定電流1250A ，開斷電流31.5kA；

35kV光伏進線開關柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

35kV無功補償開關柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

35kV接地變兼站變柜：額定電流630A，開斷電流31.5kA。

（4）35kV無功補償采用SVG動態無功補償裝置，容量±12.5Mvar。

（5）35kV中性點采用經小電阻接地方式，采用接地變及小電阻接地成套裝置，戶外布置。

2.4 控制及保護

2.4.1計算機監控系統

本工程設置計算機監控系統一套，全面監控光伏場及110kV升壓站的運行。在110kV升壓站內設置獨立的監控室，按照“少人值班，無人值守”設計。

2.4.2保護配置

110kV主變保護按照單主單后配置，組屏布置于繼保室內。主變保護配置差動保護、過流保護、零序過流保護和非電量保護等。

110kV出線配置一套線路光纖差動保護。

35kV配電裝置配置速斷保護、過流保護等。保護測控裝置安裝在35kV開關柜內。保護測控裝置將所有信息上傳至計算機監控系統。

110kV及35kV母線各配置一套母線差動保護。

箱式變壓器設置過流速斷保護、高溫報警、超溫跳閘保護、輕瓦斯報警、重瓦斯調整保護等，跳閘保護動作后跳高低壓側開關。箱變高低壓開關柜刀閘位置、保護動作、變壓器非電量等信息通過通訊傳至計算機監控系統。

逆變器具備極性反接保護、短路保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護、接地保護、低/零電壓穿越功能等，裝置異常時自動脫離系統。

2.5 通信

通信系統主要包括系統通信，場內通信以及對外通信。

2.5.1系統通信

本電站以一回110kV線路出線至110kV大柳塔變電站，敷設光纜通道。

2.5.2場內通信

場內通信本期設置設置一臺48門具有調度功能的數字式程控交換機，并配套設置數字錄音設備，對調度通話進行自動錄音。

2.5.3對外通信

對外通信主要是光伏電站至當地電話局的中繼通信線路和直通用戶線路。根據光伏電站布置規模和交換機容量以及通信業務量大小，在110kV升壓站與電網變電站之間敷設市話電纜。

2.5.4通信電源

站內的通信系統設備采用直流供電，由通信蓄電池及高頻開關電源提供可靠48V直流電源。

3.淺析主要設計方案

3.1站場選址方案的分析

本工程站場選在煤礦塌陷區，既不占用耕地，又能減少征地費用。做到對環境影響最小化。

3.2 光伏組件選型方案的分析

開發太陽能電池的兩個關鍵問題就是：提高轉換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池其光學帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉換效率，目前電池轉化效率一般在5%-9%。此外，其光電效率會隨著光照時間的延續而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應，使得電池性能不穩定，衰減較快。但同時由于它的穩定性不高，使用壽命短（10-15年）。因此本工程設計選用大功率的260W多晶硅電池組件。具有如下有點：使用壽命長，組件轉換效率最高，晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單，在開闊場地上使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，布置緊湊，可節約場地等優點。

3.3光伏陣列運行方式的設計方案分析

目前大型地面光伏電站光伏支架的常用型式有兩大類：固定傾角式和跟蹤式。固定式布置從技術經濟上要優于逐日跟蹤式系統；另外逐日跟蹤式系統的發電量增加值還與太陽輻射中的直接輻射、散射輻射的比例密切相關，太陽輻射中散射輻射比例越大，逐日跟蹤效果越差，從太陽能資源分析結果來看，項目所在地太陽輻射中散射量的占比要達到30%以上，占比較高，這將直接影響到的逐日跟蹤效果。因此，本工程組件布置采用固定式安裝能獲得較大的太陽輻射能量。

4.結束語

本工程利用煤礦塌陷區作為光伏站場具有不占用耕地，減少征地費用。光伏組件選用大功率多晶硅電池板具有使用壽命長，組件轉換效率最高，晶體硅電池組件故障率極低，運行維護最為簡單，使用晶體硅光伏組件安裝簡單方便，可節約場地等優點，本工程組件布置采用固定式安裝能獲得較大的太陽輻射能量。本文通過這一項目實例，為同行業者提供了參考。

參考文獻：

[1]《光伏發電站接入電力系統技術規定》 GB/T19964.

[2]《光伏發電站設計規范》 GB 50797.