光伏電站電氣一次設(shè)計(jì)

李鑫

摘要：隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全社會(huì)對(duì)能源的消耗量日益增加，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位，加大對(duì)清潔可再生能源的發(fā)展力度已成為現(xiàn)行國(guó)家節(jié)能減排目標(biāo)的重要手段之一。在可再生新能源中，太陽(yáng)能發(fā)電是一次性轉(zhuǎn)換效率最高的能源，且使用簡(jiǎn)單、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。截至2020年底，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2.53×108kW，位居世界第一。預(yù)計(jì)我國(guó)“十四五”期間年新增裝機(jī)容量將在70-90GW內(nèi)，故太陽(yáng)能光伏發(fā)電的未來(lái)市場(chǎng)和發(fā)展空間還很大。本文以光伏電站為基本研究對(duì)象，詳細(xì)研究了光伏電站電氣一次設(shè)計(jì)，并提出了合理的光伏電站電氣一次主要接線設(shè)計(jì)，希望能給相關(guān)人士提供一些參考。

關(guān)鍵詞：光伏電站;電氣;一次;設(shè)計(jì)

1光伏電站

光伏電站，是指一種利用太陽(yáng)光能、采用特殊材料諸如晶硅板、逆變器等電子元件組成的發(fā)電體系，與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)有：（1）無(wú)枯竭危險(xiǎn);（2）安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）;（3）不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì);（4）無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電;（5）能源質(zhì)量高;（6）建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。其缺點(diǎn)有：（1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積;（2）獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān);（3）給電網(wǎng)帶來(lái)波動(dòng)性;（4）大量電力電子元件的接入，帶來(lái)諧波污染，需要去諧波裝置。

2光伏電站電氣一次設(shè)計(jì)原則思路

電站設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)電力體制改革，貫徹國(guó)家有關(guān)方針政策、執(zhí)行有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程和規(guī)定;以審定的電力規(guī)劃、電網(wǎng)規(guī)劃、電廠輸出規(guī)劃為基礎(chǔ)展開(kāi)設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方案要與電網(wǎng)總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，做到技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理，并充分考慮電力系統(tǒng)中不確定因素的影響。

3光伏電站電氣一次設(shè)計(jì)

3.1電氣一次設(shè)備選型

3.1.1配電裝置選擇

在進(jìn)行配電裝置選擇的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)考慮海拔高度和場(chǎng)地的污穢等級(jí)。在評(píng)估地理位置的要素時(shí)，要選用固定式的開(kāi)關(guān)柜，固定式的開(kāi)關(guān)柜和移動(dòng)式的開(kāi)關(guān)柜具有各自的優(yōu)點(diǎn)。以固定式的開(kāi)關(guān)柜為例，它的造價(jià)較低，修正方便，而且維護(hù)空間較大，但是更換頻率較低。以移動(dòng)式的開(kāi)關(guān)柜為例，它的體積較小，重量很輕，而且外表美觀，但是容易發(fā)生失靈等問(wèn)題，增加維護(hù)人員的工作量。

3.1.2其他設(shè)備技術(shù)參數(shù)

開(kāi)關(guān)柜的技術(shù)參數(shù)包括以下幾個(gè)指標(biāo)：額定電壓、頻率、電流、短路開(kāi)斷電流、短路關(guān)合電流、動(dòng)穩(wěn)定電流、熱穩(wěn)定電流和外殼防護(hù)等級(jí)。斷路器的技術(shù)參數(shù)要綜合考量如下指標(biāo)：耐受電壓、短路開(kāi)斷電流、短時(shí)耐受電流、峰值耐受電流等等。隔離開(kāi)關(guān)要考量的技術(shù)參數(shù)包括：短時(shí)工頻耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓、短時(shí)耐受電流、接地開(kāi)關(guān)額定短路關(guān)合電流、峰值耐受電流等等。

3.2光伏電站主要接線設(shè)計(jì)

光伏電站接線設(shè)計(jì)中主要有升壓站主接線設(shè)計(jì)、升壓變接線設(shè)計(jì)以及光伏電站集電線路連接方式。

3.2.1升壓站主接線設(shè)計(jì)

升壓站主接線設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，即升壓站的電壓等級(jí)以及電力系統(tǒng)的位置。并據(jù)此選擇出一種有效的連接方式，使其與升壓站在系統(tǒng)中地位和作用相互適應(yīng)，以保證電網(wǎng)的安全、可靠。

3.2.2升壓變接線設(shè)計(jì)

在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，受逆變器容量大小的影響，需要將光伏組件與逆變器相互連接，使之成為最小發(fā)電單元。在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要有三種形式，即發(fā)電機(jī)與雙繞組變壓器之間的單元接線、發(fā)電機(jī)和雙繞組變壓器之間的擴(kuò)大單元接線、發(fā)電機(jī)和雙分裂繞組變壓器之間的擴(kuò)大單元接線。這三種接線設(shè)計(jì)形式中，發(fā)電機(jī)-雙分裂繞組變壓器擴(kuò)大單元接線，不但可以減少相互間的電磁干擾及環(huán)流影響，還能有效的提高輸電的質(zhì)量，其是最為推薦的一種接線設(shè)計(jì)方式。

3.3集電線路一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.3.1確定集電線路的初步方案

在光伏陣列的選件上，可以選用容量為1000kVA的變壓器，將逆變器的輸出電壓升到35kV，然后將電流匯流到開(kāi)關(guān)站的母線。200MWp光伏陣列的每個(gè)分陣，都可以采用首尾串接的方式并入電線路。在箱變高壓側(cè)，應(yīng)該設(shè)置高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)，避免一個(gè)方陣的分合對(duì)其他方陣的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。

3.3.2對(duì)開(kāi)關(guān)站進(jìn)行電器計(jì)算

開(kāi)關(guān)站一般布置在地勢(shì)較為平緩的地段，如光線較少遮擋的山頂，這樣可以減少土方量，便于線路的接入。在選擇電氣主接線時(shí)，應(yīng)該分為低壓站用電壓和高壓站用電壓兩級(jí)電壓，經(jīng)過(guò)兩回集電線路匯集電能之后，將電能發(fā)送到開(kāi)關(guān)站，然后再通過(guò)單回架空出線接入變電站。在系統(tǒng)中，主要可以采用單母線主接線方式，母線是由一次性建成的，在母線上面設(shè)有六面柜，分別是架空出線柜、電纜進(jìn)線柜、無(wú)功補(bǔ)償饋線柜、變壓器出線柜和母線PT柜，這六個(gè)柜分別布置在母線的六面。在側(cè)電容電流計(jì)算時(shí)，已經(jīng)集電線路電纜總長(zhǎng)度，按照集電線路側(cè)電網(wǎng)單相接地的電容電流計(jì)算公式，可以得到Ic=0.1×UexL，帶入數(shù)字計(jì)算，可以求出Ic的值。在選擇消弧線圈和接地站用變?nèi)萘繒r(shí)，需要計(jì)算消弧線圈的容量和接地站用變壓器的容量。按照設(shè)計(jì)的手冊(cè)，在計(jì)算容量之后應(yīng)該采用站用接地變成套裝置，布置在接地變及消弧線圈的間隔內(nèi)。

3.4防雷接地設(shè)計(jì)

在光伏電站電氣一次設(shè)計(jì)中，由于光伏電站工程所處地區(qū)年均雷暴日比較少，所以受到雷擊破壞的概率比較低。在這種情況下，基本上不需要安裝避雷針等避雷設(shè)施。但是光伏電站工程中，鑒于電池支架面積大、為鋼特性，在具體使用過(guò)程中，非常容易受到感應(yīng)雷的破壞。所以，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要對(duì)電池支架進(jìn)行可靠的焊接，以確保在遇到雷雨天氣時(shí)，該支架能夠通過(guò)接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)快速協(xié)防，不會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)產(chǎn)生影響，從而切實(shí)保障整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。此外，還可以將過(guò)電壓保護(hù)器放置在匯流箱、交直流配電柜內(nèi)，以有效減少感應(yīng)雷電對(duì)電氣設(shè)備的破壞，保護(hù)電網(wǎng)電氣設(shè)備。

3.5光伏電站中性點(diǎn)接地設(shè)計(jì)

在針對(duì)中性點(diǎn)接地的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證設(shè)計(jì)方式與和電壓等級(jí)、過(guò)電壓水平、保護(hù)配置等之間有一個(gè)密切的關(guān)系，使其作用于整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行，并保障電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生故障之后能夠快速、準(zhǔn)確地解決。在光伏電站中性點(diǎn)接地的具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要包括大、小兩種電流接地系統(tǒng)。這兩種系統(tǒng)由于接地方式和運(yùn)行特征不同，當(dāng)大電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生短路電流，對(duì)用戶等正常用電產(chǎn)生重要的影響。而小電流接地系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)，由于產(chǎn)生接地電流不大，不會(huì)影響用戶的正常用電。

4結(jié)束語(yǔ)

電氣一次設(shè)計(jì)是光伏發(fā)電的關(guān)鍵組成部分，是光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)有效結(jié)合的紐帶。因此相關(guān)人員需要加大對(duì)光伏電站建設(shè)的重視，優(yōu)化對(duì)電氣系統(tǒng)的一次設(shè)計(jì)研究，不斷提高光伏電站的利用率，提升光伏電站的電氣水平，促進(jìn)光伏電站的進(jìn)一步發(fā)展，為我國(guó)綠色電力走上新的臺(tái)階提供幫助。

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