分布式光伏電站設計中的電氣設計技術

賈云磊

摘要：隨著經濟技術的不斷發展與進步，人們生活質量也隨之提升，因此對于自然能源關注度也有所提高。在現代化電站的建設過程中，分布式光伏電站的出現是現代電站建設必經之路，分布式光伏電站的設計以及建設，涉及到多種類型的技術，具有一定的復雜性以及綜合性，為了能夠使分布式電站能夠充分發揮其重要作用，就需要不斷的加強對分布式光伏電站電氣設計技術的研究，從而使現代化電站能夠充分滿足社會發展的需求。

關鍵詞：分布式;光伏電站;電氣設計技術

引言

現階段，我國分布式光伏電站的電氣設計技術較為成熟，優勢相對突出，相對于傳統發電站，分布式光伏電站的輸出功率相對較小，一定程度上能夠降低對于發電站經濟效益的影響，同時與大型發電系統相比，分布式光伏發電系統的投資收益基本相同。另外，分布式光伏發電系統對環境造成的污染相對較小，一定程度上能夠對環境進行保護。此發電系統在運行的過程中，噪音污染較小，不同于大型發電系統，分布式光伏發電系統對周圍的水環境以及空氣污染都相對較小。除此之外，分布式光伏發電系統還能夠有效的解決土地緊張的情況，并且光伏式發電系統還能夠保持發電與用電同時運行。

一、直流配電裝置的設計

1.1 光伏直流防雷匯流箱

光伏防雷匯流箱多用于采用集中式光伏逆變器的分布式發電系統，匯流箱的設計主要考慮以下因素：1）匯流箱宜選用常用的規格：8路、12路及16路，具體應根據光伏方陣的布置情況確定。2）匯流箱應具有隔離短路故障功能。光伏組串應采用光伏專用直流熔斷器保護;額定電壓應不小于光伏組串在當地最低溫度時的開路電壓Voc。光伏組串采用的直流電纜載流量應不小于保護熔斷器的額定電流。3）匯流箱出口側應采用光伏專用直流斷路器進行隔離。4）匯流箱應配置光伏專用防雷器，正負極均應具備防雷功能。5）匯流箱內應配有監測裝置，可實時監測并上傳每路電池組串的直流電流、輸出總電流、母線電壓及總輸出功率，直流斷路器位置或負荷開關的位置狀態及故障狀態、直流防雷器狀態及電池組串異常報警等。

1.2 光伏直流防雷匯流柜

光伏直流防雷匯流柜多使用于采用集中式光伏逆變器且單臺逆變器容量≥250kW的分布式發電系統，光伏直流防雷匯流柜的設計主要考慮以下因素：1）每臺逆變器對應1臺直流配電柜，每臺直流配電柜配置若干個固定式光伏專用直流斷路器;2）直流斷路器額定電流按實際工程中匯流路數最多的匯流箱直流斷路器或直流負荷開關額定電流選取。3）直流斷路器的開關位置狀態、故障狀態均引至端子排，接入測控裝置中。在有特殊要求時應具有測量母線電壓、電流、輸出功率、電能的功能。4）柜內應配置光伏專用防雷器，正負極均應具備防雷功能。

二、交流配電裝置設計

交流配電裝置設計原則：1）0.4kV配電裝置應選用安裝易操作、具有明顯開斷點、具備開斷故障電流能力的交流配電設備。斷路器可選用微型、塑殼式或框架式斷路器，根據短路電流水平選擇設備開斷能力，并需留有一定裕度。當海拔高度在1000m以上需進行系數修正。2）10/35kV配電裝置應選用易安裝、易操作、可閉鎖、具有明顯開斷點、帶接地功能、可開斷故障電流的開斷設備。斷路器可選用真空式斷路器或SF6斷路器，根據短路電流水平選擇設備開斷能力，并需留有一定裕度。當海拔高度在1000m以上需進行系數修正。

三、升壓變壓器設計

升壓變壓器多用于升壓并網的分布式光伏發電工程，常用的有戶內干式變壓器、箱式變壓器兩大類。升壓變壓器的設計主要考慮以下因素：1）升壓變壓器選型原則：對于采用組串式光伏逆變器的升壓并網分布式發電系統，升壓變壓器可選用雙繞組升壓變壓器;對于采用集中式光伏逆變器的升壓并網分布式發電系統，選擇升壓變壓器時應根據所選用的光伏逆變器特點來確定，可分為雙繞組干式升壓變壓器及雙分裂繞組升壓變壓器。箱式變壓器應能進行遠程監控，應配置箱變測控裝置，并具備智能接口，可與數據采集裝置通訊。2）箱式變壓器高壓側應裝設負荷開關-限流熔斷器組合電器作為短路保護，因光伏電站按“無人值守或少人值守”的原則進行設計，負荷開關應能進行電動操作;低壓側應裝設低壓斷路器，并帶有長延時、短延時、瞬時過電流等保護。3）變壓器電壓等級：升壓變壓器高壓側為10/35kV，低壓側電壓等級應根據選用的光伏逆變器的出口電壓來確定。4）短路電流水平：在具體工程設計時應根據相關條件進行短路電流計算，并根據短路電流計算結果進行設備選擇及校驗。5）變壓器材質：為減少變壓器自損耗，提高系統的可靠性，變壓器繞組材料可采用銅芯材質。具體工程設計時可按實際情況確定。6）變壓器冷卻方式：分布式光伏發電工程變壓器應具備自然空氣冷卻（AN） 和強迫空氣冷卻（AF）的冷卻方式。7）絕緣水平：變壓器的每一繞組絕緣水平滿足相關標準的要求，如10kV側短時工頻耐受電壓35kV，0.4kV側短時工頻耐受電壓3kV。

四、電纜選型及敷設

4.1 電纜選型

電纜選型時遵循的原則有：1）滿足回路容量要求、降低電纜損耗、減少電纜用量、節約投資成本等。2）電纜額定電壓應根據系統的接地方式確定。3）以直埋方式敷設的電纜宜選用鎧裝型電纜。根據當地水文及氣象條件，必要時采用防水、防腐型或耐寒型電纜。 4）光伏發電系統直流部分選用的電纜的額定電壓應為1000V。5）電纜導體允許最小截面的選擇，應同時滿足載流量和通過系統最大短路電流時熱穩定的要求。6）電纜載流量的計算應考慮不同地溫、不同土壤熱阻系數和多根并行敷設時載流量校正系數。7）根據GB 50217及《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》對電纜選型的要求，光伏電站內電纜宜采用阻燃防火電纜。

4.2 電纜敷設

電纜敷設設計時遵循的原則：1）因地制宜，做到技術先進、經濟合理、安全適用、便于施工和維護。2）根據分布式光伏發電工程的特點，電纜敷設方式可采用電纜溝、電纜橋架、電纜豎井、直埋、穿管等，實際工程設計應充分考慮原有電纜通道，減少施工量。3）電纜采用直埋方式敷設時，電纜埋深應該根據當地土壤凍土深度和凍脹性確定，電纜路徑應最短且盡量同路徑以減少開挖量。

五、結語

從目前情況來看，光伏發電站屬于最為先進的手段，具有節能減排的優勢，可以對太陽能源進行有效的轉換，從而滿足社會對于電能源的需求。在此過程中，分布式光伏發電站系統具有較高的環保經濟效益，能夠有效將光能源進行轉換，轉換成點能源，從而確保人們日常生活用電。在系統設計過程中，技術人員應結合供電系統輻射范圍、供應需求、經濟投資、基礎設施分布等條件，做好直流配電裝置、交流配電裝置、升壓變壓器及電纜等方面的電氣設計，為光伏供電系統的穩定、高效、安全利用奠定基礎。

參考文獻

[1]俞煒.分布式光伏電站設計中的電氣設計技術探討[J].科技創新導報，2018（23）：90-92.

[2]GB50797-2012. 光伏發電站設計規范[S].

[3]GB50217-2018.電力工程電纜設計標準[S].

[4]孫俊青.分布式光伏電站設計中的關鍵電氣設計技術[J].產業科技創新，2019（13）：37-38.