變電站光伏并網發電系統設計要點研究

任偉平

摘 要：太陽能發電是利用光伏組件的光生伏特效應，將太陽能直接轉換為電能的系統。

關鍵詞：變電站;光伏并網;發電系統;電氣設計

引言：電力是最為清潔，高效的能源形式，效率高于其他能源3-5倍。到“十四五”末。以新能源為主體的可再生能源發電裝機占我國總電力裝機的比例將超過50%，以新能源為主體的可再生能源新增發電量在全社會用電量增量中的比重將達到三分之二，在一次能源消費增量中的比重將達到50%。我國的新能源裝機容量不斷增大，風電太陽能電站裝機不斷增大，因此良好的設計可以使得電站的收益率達到良好的發電效果，增加投資回報率。本文以光伏電站的設計為研究，主要研究了光伏電站的設計要點。

一、發電系統構成

太陽能發電是利用光伏組件的光生伏特效應，將太陽能直接轉換為電能的系統。與傳統的火力發電系統相比，太陽能屬于清潔能源，不排放二氧化碳等諸多優點。簡單的光伏發電系統，包含光伏組件，支架，匯流箱，逆變器，開關站，以及升壓設備。由于光伏組件發出的電是直流電，還需要逆變器將直流電逆變為交流電，并入電網，才可以將電力源源不斷的將電能送向千家萬戶。

二、太陽能電池組件方陣系統設計要點

1.太陽能電池的主要類型

太陽能電池主要分為以下幾類：單晶硅電池、多晶硅電池、類硅電池、碲化鎘電池、，另外，在科學研究的過程中，還有很多太陽能電池，比如納米鈦敏感電池，多晶硅薄膜和有機太陽能電池。我國普遍采用單晶硅以及多晶硅電池作為發電原件。當前，光伏電站普遍采用單晶硅電池以及多晶硅電池，且功率不斷增大，目前功率以達到500多瓦，功率大的組件節省了支架以及電纜的成本，所以大功率組件的應用是目前光伏電站建設的主要趨勢。

2.太陽能光伏組件方陣設計

光伏組件陣列的設計尤為重要，因為光伏組件是吸收光能的設備，良好的組件傾角能更好的發揮光伏組件的發電效率，一般根據當地的光照氣象條件進行合理的角度設計。我們一般設計22塊光伏組件進行串聯，這樣增加了系統的直流電壓，提高了效率。光伏組件經過串聯后再經過匯流箱進行并聯，經過匯流箱送往逆變器，逆變器將直流電逆變為交流后，經升壓變壓器升壓，然后匯入國家電網。

三、光伏并網逆變器研究

1.光伏逆變器研究現狀

逆變器分為集中式逆變器和組串式逆變器，集中式逆變器的光伏逆變方式是將很多并行的光伏組串連到同一臺集中逆變器的直流輸入端，做最大功率峰值跟蹤以后，再經過逆變后并入電網。集中式逆變器單體容量通常在 500kW 以上，單體功率高，成本低，電網調節性好，但要求光伏組串之間要有很好的匹配，一旦出現多云、部分遮陰或單個組串故障，將影響整個光伏系統的效率和電產能。集中式逆變器最大功率跟蹤電壓范圍較窄，組件配置靈活性較低，發電時間短，需要專用的具備通風散熱的專用機房，主要適用于光照均勻的集中性地面大型光伏電站等。組串式逆變器是對幾組（一般為 1-4 組）光伏組串進行單獨的最大功率峰值跟蹤，再經過逆變以后并入交流電網，一臺組串式逆變器可以有多個最大功率峰值跟蹤模塊。組串式逆變器的單體容量一般在 100kW 以下，其優點是不同的最大功率峰值跟蹤模塊的組串間可以有電壓和電流的不匹配，當有一塊組件發生故障或者被陰影遮擋，只會影響其對應的最大功率峰值跟蹤模塊少數幾個組串發電量，對系統整體沒有影響。逆變器最大功率跟蹤電壓范圍寬，組件配置靈活，發電時間長;可直接安裝在室外。相較于集中式逆變器，組串式逆變器價格略高，大量組串式逆變器并聯時需要在技術上抑制諧振的發生，主要應用于分布式發電系統。

2.光伏并網逆變器的性能與特點

逆變器是光伏系統的重要組成器件，是直流電變為交流電的設備，集中式發電站普遍采用功率較大的逆變器作為發電單元，比如500KW，1000KW的大功率逆變器作為發電單元。逆變器采用智能化的控制模塊，能根據調度調節各項電氣指標，電壓，電流，功率，頻率等。為了使輸出的電氣更加穩定，逆變器還增加了濾波裝置，交流濾波模塊以及直流濾波模塊。

3.光伏發電系統 MPPT 及逆變器控制綜述

MPPT控制器的全稱“最大功率點跟蹤”太陽能控制器，一般在選擇逆變器的時候，都要考慮逆變器是否具有此項功能。MPPT控制器能夠實時偵測太能能組件的發電電壓，并追蹤最高電壓電流值，使系統以最大功率輸出光伏組件功率。在光伏發電系統中，逆變器利用控制方法實時調整光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，以提高系統整體效率。集中式逆變器在運行中，一般MPPT有1路，而在組串式逆變器中MPPT的可能有2路，甚至更多，從而增加了逆變器的效率。

四、光伏并網發電系統的實際效果

近年來，我國的新能源裝機不斷增大，在全國范圍內建設了大量的光伏電站，這些光伏電站為我國電力提供了源源不斷的電力，減少了二氧化碳的排放量。光伏電站的電力經過特高壓將這些電力送到東部以及南方用電量大的地區，取得了良好的經濟效益。

五、結束語

未來，在碳達峰碳中和的政策引領下，我國的電陽能發電站將會進行更大規模的開發建設。因此，良好的設計才能使光伏太陽能電站增加更大的發電量，提高光伏電站的效益，使企業提質增效，增加光伏電站的環境效益，社會效益以及經濟效益。

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