集中式光伏電站電網(wǎng)接入系統(tǒng)的典型設(shè)計論述

張哲

【摘要】本文主要分析了集中式光伏電站光伏方陣設(shè)計、電力系統(tǒng)一次部分和二次部分設(shè)計，重點介紹了集中式光伏電站電網(wǎng)接入系統(tǒng)典型設(shè)計方案，其不僅可以實現(xiàn)電網(wǎng)建設(shè)與光伏發(fā)電的和諧、有序發(fā)展，而且還可以確保太陽能資源的合理開發(fā)，滿足國家低碳經(jīng)濟發(fā)展需求。通過對電網(wǎng)接入系統(tǒng)典型設(shè)計進(jìn)行研究，以期為集中式光伏電站發(fā)展提供可靠保障，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟與社會效益。

【關(guān)鍵詞】集中式光伏電站;電網(wǎng)接入系統(tǒng);設(shè)計方案

1.集中式光伏電站光伏方陣設(shè)計

1.1逆變器的選擇

在進(jìn)行光伏方陣設(shè)計過程中，光伏并網(wǎng)逆變器主要涉及到集散式、集中式和組串式等3中。在集中式光伏電站中，一般會選擇集中式光伏并網(wǎng)逆變器，且電流通過光伏并網(wǎng)逆變器升壓變壓器后可以并入高壓電網(wǎng)。如今，在我國集中式光伏電站中，光伏并網(wǎng)逆變器常用的額定輸出功率一般為250、500、630kW。從電站運行維護和安全角度出發(fā)，本次研究中選擇的光伏并網(wǎng)逆變器單機容量為500kW，且具有相對比較成熟的技術(shù)指標(biāo)。表1描述的是該光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)參數(shù)。

1.2光伏組件的選擇

在集中式光伏電站中，常見的光伏組件類型有單晶硅光伏組件、多晶硅光伏組件和薄膜光伏組件等。因為在單體組件功率、組件功率密度、發(fā)電效率等指標(biāo)方面，多晶硅光伏組件存在明顯的技術(shù)優(yōu)勢，因此在集中式光伏電站中得到了廣泛應(yīng)用，尤其是270Wp多晶硅光伏組件，其不僅使用量較多，而且具有較高性價比。表1描述的是270Wp多晶硅光伏組件的技術(shù)參數(shù)。

1.3光伏方陣的設(shè)計

通常情況下，光伏方陣一般是指光伏組件以串、并聯(lián)的方式組合而成，并且串聯(lián)后的光伏組件，直流電壓需要低于光伏并網(wǎng)逆變器直流側(cè)所對應(yīng)的額定輸入電壓。在光伏組件串、并聯(lián)后，其總?cè)萘啃枰陀趩闻_光伏并網(wǎng)逆變器所對應(yīng)的最大允許功率。根據(jù)《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》（GB 50797-2012），其要求光伏并網(wǎng)逆變器數(shù)量與光伏組件串、并聯(lián)數(shù)要相匹配，以此來提高光伏方陣的設(shè)計水平。

2.電力系統(tǒng)設(shè)計

2.1電力系統(tǒng)一次部分設(shè)計

2.1.1接入點分析

對于集中式光伏電站而言，其接入點一般需要對周邊規(guī)劃情況及電網(wǎng)現(xiàn)狀給予綜合考慮，在當(dāng)?shù)匾呀ň€路輸送能力符合光伏送出要求或負(fù)荷較高時，可以選擇就近接入周邊輸電線路或接入周邊變電站。

2.1.2接入電壓等級分析

在對《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，按安裝容量可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)分類如下：（1）小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其一般是指安裝容量≤1MWp;（2）中型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其一般是指安裝容量≤30MWp，且>1MWp;（3）大型光伏發(fā)電系統(tǒng)，其一般是指安裝容量>30MWp。同時，結(jié)合國家電網(wǎng)公司頒布的《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》（Q/GDW 738-2012）制定了電源并網(wǎng)電壓等級，具體如表3所示。因此，對集中式光伏電站而言，所選擇的接入電壓等級為35kV、66kV、110kV，并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況來給予相應(yīng)調(diào)整。

2.1.3送出線路導(dǎo)線截面

由于集中式光伏電站具有相對較低的最大發(fā)電利用小時數(shù)，其一般會選擇以單回線路接入電網(wǎng)。因此，在進(jìn)行送出線路導(dǎo)線截面選擇過程中，需要對長時間允許輸送容量給予綜合考慮，以確保該輸送容量超過光伏電站最大出力，該階段功率因數(shù)一般考慮0.98。此外，如果走廊資源較緊缺、送出線路較長且送出線路周邊有變電站規(guī)劃時，為了確保電網(wǎng)后續(xù)可以順利接入，則需要適當(dāng)放大部分導(dǎo)線截面。

2.1.4對光伏電站運行要求

（1）功率和電壓。在集中式光伏電站正常停機、并網(wǎng)以及太陽能輻照度增長時，要求有功功率變化速率符合電力系統(tǒng)正常運行要求。同時，無功容量需要遵循分層分區(qū)基本平衡原則給予科學(xué)、合理的配置，進(jìn)而符合檢修備用要求;（2）電能質(zhì)量。集中式光伏電站主要負(fù)責(zé)向電網(wǎng)發(fā)送電能和向當(dāng)?shù)亟涣髫?fù)載提供電能的質(zhì)量，這就要求其電壓偏差、諧波、電壓不平衡度、電壓波動和閃變等滿足相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn);（3）其他。為了確保集中式光伏電站可以順利的接人電網(wǎng)，則需要滿足低電壓穿越要求，同時在低電壓穿越時，需要為光伏電站提供動態(tài)無功支撐，以此來滿足電網(wǎng)運行要求。

2.2電力系統(tǒng)二次部分設(shè)計

2.2.1調(diào)度自動化設(shè)計

集中式光伏電站需要按照要求配備電能量遠(yuǎn)方終端設(shè)備、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、計算機監(jiān)控系統(tǒng)以及二次系統(tǒng)安全防護設(shè)備等，同時要求符合電力二次系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)要求。按電網(wǎng)調(diào)度自動化管理系統(tǒng)要求來確保遠(yuǎn)動信息采集范圍，并按照規(guī)定要求接入信息量。通常情況下，集中式光伏電站調(diào)度管轄設(shè)備電源主要是由站內(nèi)直流電源系統(tǒng)或不間斷電源裝置進(jìn)行供電。

2.2.2繼電保護設(shè)計

對于集中式光伏電站而言，其送出線路一般按照要求配置了光纖電流差動保護，并選擇了專用光纖芯通道。同時，為了確保電網(wǎng)能夠穩(wěn)定、高效運行，需要將獨立的防孤島保護裝置安裝在光伏電站側(cè)。

2.2.3通信設(shè)計

如果集中式光伏電站采用了110kV電壓等級接入電網(wǎng)時，其要求調(diào)度端具備兩路通信通道，并且涵蓋了一路光纜通道。同時，電力系統(tǒng)與光伏電站直接連接的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、光纖傳輸設(shè)備等通信設(shè)備，需要與系統(tǒng)接入端設(shè)備具備相同的協(xié)議與接口。

2.2.4電能計量設(shè)計

在進(jìn)行集中式光伏電站設(shè)計過程中，一般會選擇在電網(wǎng)與光伏發(fā)電站的產(chǎn)權(quán)分界位置設(shè)置光伏電站電能計量點，并將計量關(guān)口的電量信息傳輸至電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)。

3.集中式光伏電站電網(wǎng)接入系統(tǒng)的典型設(shè)計方案

3.1無功補償裝置

如果集中式光伏電站具有較大的裝機容量時，且并入低于110 kV電壓等級的光伏電站時，電站內(nèi)的升壓變壓器、集電線路及外送線路均有可能出現(xiàn)無功損耗，此時需要按照光伏電站滿發(fā)時升壓變壓器感性無功容量、集電線路和光伏電站外送線路感性無功容量的50%之和來對光伏電站配置無功容量進(jìn)行配置。為了補償升壓變壓器運行過程中所產(chǎn)生的無功損耗，則需要升壓站降低線路的電壓損失和功率損耗，并按照無功補償原則來選擇無功補償設(shè)備類型。通常情況下，動態(tài)無功補償裝置（SVG）一般是在IGBT逆變器上引入了可控電流源型補償裝置，其可以避免諧振及諧波放大等問題的發(fā)生，具有穩(wěn)定性與安全性好等優(yōu)點，且可以提供從感性到容性的平滑、動態(tài)、連續(xù)、快速的無功功率補償。

3.2短路電流計算

在進(jìn)行短路電流計算過程中，其主要目的是降低短路電流對設(shè)備和電網(wǎng)產(chǎn)生的不利影響。通常情況下，按短路電流有效值來對隔離開關(guān)、斷路器等高壓設(shè)備的動、熱穩(wěn)定性進(jìn)行校驗，根據(jù)短路電流來對電氣主接線、限流措施及電網(wǎng)運行方式進(jìn)行計算。實際上，額定短路開斷電流是隔離開關(guān)、斷路器允許開斷的最大短路電流，此時最好結(jié)合實際情況和高壓設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)來確定典型設(shè)計方案中不同等級接入電壓所對應(yīng)的額定短路開斷電流，如表4所示。

3.3電網(wǎng)接入系統(tǒng)典型設(shè)計方案

集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由多個1MW光伏發(fā)電單元組合而成的1路集電線路，并與35kV開關(guān)站或10kV開關(guān)站連接。同時，開關(guān)站由1-10路不等的集電線路組合而成，其中每路集電線路的開關(guān)站容量為1-100MW，容量為1-10MW。同時，電網(wǎng)接入系統(tǒng)需要結(jié)合光伏電站設(shè)備選型、總裝機容量和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)特點來確定接入電壓等級。

4.結(jié)束語

綜上所述，對于集中式光伏電站而言，電網(wǎng)接入系統(tǒng)屬于其中比較重要的組成部分，此時就需要在集中式光伏電站光伏方陣設(shè)計、電力系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際情況來進(jìn)行無功補償裝置、短路電流計算，這樣不僅可以使當(dāng)前集中式光伏電站設(shè)計、建設(shè)階段所存在的問題得到有效解決，而且還可以滿足安全、可靠、綠色、清潔電力能源發(fā)展需求，進(jìn)而更好的推動我國光伏行業(yè)的發(fā)展。

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