光伏發電系統電氣設計分析

朱麗倩 葛自強

摘要：社會的發展離不開石油、煤炭等不可再生能源。由于這些能源是不可再生的，不符合能源應用可持續發展的戰略要求，同時也增加了生態環境的負擔和壓力。在此背景下，加強清潔可再生能源的利用率，成為實現國家節能減排目標的重要手段之一。其中，光伏發電系統電氣適合于現場使用，符合我國的實際情況，得到了積極的發展和推廣。

關鍵詞：光伏;發電系統;電氣設計

近年來，我國社會經濟穩步發展，同時，隨著企業的快速發展，資源能源的巨大消耗難以避免，消耗大量電力。目前，我國光伏發電系統還不成熟，還有很多問題需要解決，需要不斷完善。光伏發電是一種環保清潔能源，其在新發電項目中的比重越來越大，本文中提出了光伏電系統電氣的設計要點，并進行了分析和研究。

一、光伏發電系統概述

光伏發電系統是通過光伏組件的合理應用，將清潔、可再生的光伏轉化為可用能源的分散式能源系統。光伏發電主要建在場地附近，一部分發電量提供給用戶使用，剩余能量連接到具有分散系統平衡特性的電網。作為一種模式，光伏系統在發電的應用中強調“嚴格發電、緊并網、緊轉換、緊使用”的基本原則，其中隱藏著廣泛的發展潛力。另一方面，可以有效促進同等規模光伏電站發電量的增加，同時也有效解決長距離傳輸過程中的能量損失，光伏發電系統的有效應用具有以下特點：第一，光伏發電使用的是太陽能，因此不會消耗其他不可再生能源，經濟效益非常高。第二，污染少，環保效益大，在發電過程中，幾乎沒有明顯的空氣噪聲污染。第三，有利于改善該地區土地短缺問題。第四，實現發電與用電并存。

人們現在描述的光伏發電實際上是在用戶周圍積累分布式電力，并以相對環保和安全的方式將光伏轉化為電能。然而，近年來，分布式能源的產生有了新的意義，這通常是指利用光伏、風能等新能源在盡可能靠近能源負荷中心的地方發電。新興能源基本不污染環境，比傳統發電效率更高。在地理上，可以與當地的建筑有機地結合在一起。此外，新型光伏發電與用戶距離非常近，無需安裝多個變電站和配電站，可大大降低損耗。

二、光伏電發電現狀

近年來，光伏發電系統電氣的利用在理論基礎知識和實際應用研究方面都有所發展。統計顯示，30年后，歐洲可再生能源總產量將達到1956吉瓦，太陽能將達到962吉瓦。同期，美國還將引進300吉瓦的光伏。到2030年，日本居民用電量的一半以上將來自光伏發電系統，裝機容量快速增長。隨著光伏產業的快速發展，逆變器的技術水平也在不斷提高，逆變器是光伏發電系統的重要組成部分，以其優良的保護功能和系統的安全穩定運行發揮著積極的作用。目前，國產逆變器具有效率高、容量大的特點。

我國國內光伏發電市場雖然已經啟動，但在實施過程中遇到了困難，我國光伏發電系統電氣建設起步較晚，逆變器制造技術太落后。許多設計機構不愿意在光伏發電系統電氣的設計上投入大量精力，因為光伏發電系統電氣的投入成本與利潤不成正比，光伏產業要攻堅克難，相關部委必須建立完善的政策支持和管理體系，不斷提高國內光伏發電系統電氣的設計水平，最大限度地發揮光伏電池的發電性能，從根本上解決問題。

三、光伏發電系統電氣的設計要點

①操作方便，光伏發電系統電氣的設計應盡可能易于操作，這與西部地區人煙稀少的露天安裝場所不同，這種發電電氣系統通常安裝在屋頂等地方，這些地方通常有一定的坡度或海拔較高。這種坡度恒定且承載能力有限的屋面，增加了操作人員的施工難度，因此電氣系統應在設計初期就考慮后期施工難度，盡量降低操作難度，確保工程設計一步到位。

②安全，光伏發電系統電氣的安全性尤為重要，因為光伏發電系統電氣主要用于人口稠密地區和中東部有建筑物的地區。建造斜屋頂時，必須將各構件運至屋頂或屋面進行施工。目前市場上采用的是承載力較高的鋁合金框架結構，安裝操作方便，不易生銹和損壞，在一定程度上可以降低安全隱患。在后期施工過程中仍存在高空墜物風險，且由于施工區域人口密度大、建筑物數量多，施工人員在高空作業后期會產生廢棄物，屋頂的坡度會增加高處墜落物的隱患，設計時必須考慮電氣系統的完整性，后續的垃圾收集設計必須合理回收利用。另外，還要考慮各構件的重量是否在屋面的最小承重范圍內，屋面材料的承重隨著雨天、日曬等風化而降低，屋面材料的承重電氣設施設計時必須考慮施工人員本身考慮施工現場的最小承載能力，應將重量控制在此范圍內。

③一致性，光伏發電系統電氣是將大量太陽能電池串聯起來，獲得一定高度的電壓，然后在逆變器的輸入端輸入，將一定數量串聯的子系統并聯起來。系統的額定功率過程需要大量的設備，為了保證系統的穩定性，所選擇的光伏發電系統必須具有相同的規格和運行性能，同時必須避免相互屏蔽影響，工作效率和方向角度問題產生的差異，保持各子系統運行的一致性。

④可持續性，需要考慮光伏發電系統電氣龐大而分散的特點，自然災害等系統部件的損壞，以及光伏發電系統電氣所在地區可能出現建設和改造問題的地區。設計必須保證整個系統的整體一致性。同時，各子系統必須并聯，以保證獨立性，當一個子系統損壞時，其他系統不受影響，仍能維持正常運行。此外，對于鋁合金或新型支架，在考慮剛度的同時，還必須考慮耐腐蝕性和抗氧化性以及損壞后的可修復性，特別是在重工業和重污染地區。

⑤在交直流電纜的設計中，由于光伏發電所處的特殊地理位置和環境，對電纜的性能要求也更高。在某些情況下，電纜有特殊的性能要求，如防白蟻、防鼠、防紫外線、耐高溫等。在光伏發電系統中，電纜的額定電壓必須至少為系統的額定電壓，電纜的額定電壓必須至少為太陽能電池陣列最大輸出電壓的1.25倍。需要特別注意的是，當光伏發電系統的運行環境溫度60時，應合理修改載流量。

四、光伏發電系統電氣設計方案

（一）設備選擇

光伏發電系統中的逆變器通過晶閘管控制系統的導通，并采用相關措施實現直流到交流的轉換，根據電源的特性，逆變器可分為電壓型和電流型兩種。根據勵磁方式，變壓器有自動和其他兩種。根據方波形方法，變壓器有方波和正弦波類型。在實際發電過程中，變壓器作為將直流電轉換為交流電的通道，同時逆變橋和二極管并聯，從而通過開關實現對開關的有效控制。智能監控裝置可以實現箱變模擬量的采集和通訊功能，同時可以有效結合現有自動監控系統的通訊管理機和光纖開關的功能。通過光纖實現數據信息的傳輸和連接，自動監控提高了光伏發電廠運行遠程管理和監控的效率和質量，箱式交換裝置的應用有效提高了監控設備的應用和運行效率，大大減少了通信管理機和光纖交換機的數量，有效降低了成本。

（二）光伏發電系統監控

由于光伏發電系統的配電采用分層形式，因此需要設置能夠實時監測電流、電壓、溫度的監測部件和管理設備。同時需要監控操作、數字通訊和監控設備，有效結合，實現現場操作的監控。安裝監控設備時，需要設置適合電流電壓的監控元件，同時保證設置的設備具有較強的防雷功能。

（三）光伏發電一次系統設計

光伏發電的一次電網應根據電站類型進行設計，中小型光伏電站的并網電壓等級通常為10kV或0.4kV，因此需要一個變壓器進行一級升壓，對于大型光伏電站，裝機容量大，光伏陣列分布比較廣，只安裝了升壓變壓器，大大降低了電站的工作效率和質量。因此，對于光伏發電系統設計了采用升壓變壓的方案，一般情況下，交流電源系統采用10kV或35kV電壓分配。

（四）光伏二次系統設計

遠程控制信息主要是通過測控設備獲取并傳輸到發送端，站的數據也可以通過電廠的監控系統轉發到發送端，來自光伏發電廠的遠東信息包括遙測和遙信兩個方面。監控系統選擇分層分布式結構，設計系統監控組件和通信管理設備，設計集中管理設備。同時加強相間保護相距、接地距離和零序電流方向。另外，在直流電纜選型過程中，需要根據具體環境進行選擇，使運行環境溫度達到60℃以上，同時實現載流量的修正。

五、光伏發電的影響因素及對策

（一）并網技術普及率

考慮到光伏發電系統電氣的一般系統穩定性問題，需要在預設計階段對控制器的各個方面進行控制，例如故障報警、定位和測量，多功能匯流箱還用于智能融合預警和路線調查。實際對電網本身的影響越來越大。在這種情況下，需要嚴格控制普及率的擴大，確保電網與光伏發電的兼容性，并考慮對電網內設施的保護。

（二）注意逆功率

該概念是指來自低壓電網的并網光伏系統，試圖在負載非常低時通過配電變壓器將電力傳輸到中壓電網。配電變壓器、線路和配電網絡的電壓也顯著增加，為了防止意外情況發生，要多注意二次側安裝逆功率檢測和控制裝置，光伏發電系統將提供動態調節的功率，必要時安裝變壓器并增加儲能或增加電力負載并吸收多余的電力。

（三）承載能力限制

光伏電網連接問題一直是限制光伏發電的最大因素。目前，我國光伏資源較為豐富，但無論是西部地區的集約化開發基地，還是東部地區的分布式開發基地，由于資源區域距電網較遠，均難以并網負荷中心，輸電容量的限制影響了我國光伏電網的發展。我國光伏資源在半數以上的地區可以使用1400多個小時，可以說效率比較好。但是，受地域限制，在西部和中部地區使用光伏發電系統，與我國的負荷中心相比距離還是比較大的，并且光伏的消費問題也要考慮，關鍵是要打通西部地區到東部地區的電力通道。

六、結束語

總而言之，我國經濟發展迅速，在發展的同時，還要考慮環境污染的問題?，F階段，人類與自然環境的矛盾依然嚴重，特別是經濟發展的能源消耗過高，對自然環境造成嚴重破壞。近年來，中國提出可持續發展政策，希望人與自然和諧發展，只有這樣，才能保證整個社會的穩定和長期發展。因此，在光伏發電系統中，充分貫徹可持續發展的原則，結合我國國情，綜合利用各種新能源技術和方法，實現合理經濟，選擇一個解決方案從而達到顯著的節能效果。

參考文獻：

[1]馬歡.解析光伏發電系統電氣設計方案[J].低碳世界，2017（31）：18-19.

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