光伏电站电气一次设计研究

张温树

晋能清洁能源光伏发电有限责任公司 山西省太原市 030006

摘要：随着国民经济水平的不断增长，我国所暴露出的能源问题也逐渐凸显出来，在这样的情况下，我国也加大了科学技术的研究力度，大力开发新能源，其中光伏电站就是最具价值的新型能源。因此，在本文中就以光伏电站为例，探讨了光伏电站电气一次设计要点。

关键词：光伏电站；电气；一次设计

中图分类号：TM75 文献标识码：A

1 引言

目前我国整体经济呈现深入且高效的发展状态，对于电力系统也提出了更高的要求，电力企业也加大了对新型能源的重视力度，建立了光伏发电系统。光伏电站在实际建设过程中，需要加大对电气设备运行管理力度，而且还应该对其内部结构和功能进行妥善的维护，建立安全的运行环境，确保电能的高效传输，以此来提高供电质量。

2 光伏电站电气系统

2.1 太阳能光伏电池组件

光伏电站在运行过程中，光伏电池组件是整个电站电气系统的基本组成单元，有光生伏打效应，是一种半导体器件。最为常见的光伏电池组件主要包括晶体硅太阳能电池、非晶体硅太阳能电池以及薄膜太阳能电池三种。在实际使用过程中，这三种不同的太阳能电池都有各自的优势，晶体硅太阳能电池更加安全可靠，现如今应用的也最为广泛，在实际应用过程中其不足就是随着大气环境的改变，有可能会出现转换能量衰竭的现象；非晶硅太阳能电池在弱光条件下具备良好的性能，其不足之处是在应用过程中电池转换的效率相对较低；薄膜太阳能电池实际使用过程中展现出了非常好的稳定性能，其不足之处就是生产价格相对较高，原料比较虚切，影响了这种电池的生产规模。

2.2 光伏并网逆变器

光伏电站中并网逆变器是一种电源调整装置，也是由半导体器件所形成的，在电气系统中，这种装置能够进行交流和直流之间的逆变。逆变器主要包含升压回落和逆变桥式回落两个部分，升压回路主要是将输出的电流转化为直流电压，逆变桥式回落能够将升压回落升高的电压转变为交流电压。

2.3 交直流配电柜

在电气系统中，交直流配电柜的输入端和电气系统的直流汇流箱相连接，输出端与电气系统的逆变器连接。在实际运行过程中，交直流配电柜是直流配电单元中的一个部分，可以与光伏组件中的直流电源形成汇流，然后再接入到逆变器中，这个装置也就相当于整个电站中的二级汇流装置。此外，交直流配电柜还包含其他的单元，例如光伏防雷器、防反二极管等等，在实际应用过程中交直流配电柜还具有很多的优势，包括维护方便、安全性能良好、布线简单、操作便捷等等。

3 光伏电站电气一次设计研究

3.1 光伏电站主要接线设计

目前光伏电站主要的接电方式主要有以下几种：第一，升压变接线设计。在实际设计过程中，与逆变器的容量有着直接关系，将逆变器和光伏组件相互连接就能够形成最小的发电单元。在设计过程中主要包含三种方式，也就是发电机和双绕组变压器之间的扩大单元接线、发电机和双绕组变压器之间的单元接线、发电机和双分裂绕组变压器之间单元接线。使用这三种方式，其中发电机和双分裂绕组变压器扩大电源接线能够有效降低电磁干扰和环流影响，而且能够切实提高电力系统的输电质量，是目前应用最为广泛的接线方式之一。第二，光伏电站集电线路连接。进行电气一次设计时，集电线路的连接方式主要包含两种，电压等级选择和单元分组连接方式，在实际设计过程中，电压的等级主要包含35kw和10kw两种方案。连接方式包括星形、链型、环形三种方式，在设计电压等级的时候，需要根据场区的大小，光伏场区内是否有遮挡太阳光的建筑物来确定，在设计时如果选择了直接的方式接入到升压站，就会加大电缆截面与安装要求出现不适应，所以为了能够有效减少安装过程中出现的损耗，简化安装流程，在设计时必须要升高电压，使其达到35kw或者10kw才能够接入到升压站中。

3.2 主要设备选择

光伏电站电气系统中主要包含无功补偿装置、通信装置、站用变装置、高压配电装置、继电保护装置、逆变器、主变压器、汇流箱、集电线路等等。在本次研究中，主要分析了光伏组件、汇流箱和逆变器三种。逆变器是一种新型的转换器，也是整个太阳能电站运行的核心设备。其运行效率和系统的发电量有着直接的关系，根据运行方式可以将逆变器分为独立运行和光伏并网逆变器两种类型，根据其连接方式可以将逆变器分为组串型、集中型和微型三种类型，按照用途可以将逆变器分为离网逆变器、并网逆变器以及微网储能逆变器三种。汇流箱是电气系统中的接线装置，能够确保光伏组件的有效连接，而且还能够进行汇流功能的接线。方阵连接盒中主要包含了雷击保护功能、太阳能电池过载保护、过压保护太阳能方阵并联功能，在设计过程中主要是针对安全、通信、显示、箱体结构、防雷等多种因素进行考虑。光伏系统配置，为了能够更加有效地提高光伏系统设计的科学性，在实际设计过程中重点考虑：最佳倾角、影响因素、组件安装方式、前后排间距等因素。

3.3 站用电源研究

光伏电站在运行过程中，使用三相四线制的接地方式作为站用电源，然后再配合两回低压交流进线，来保证电力系统的安全稳定运行。三相四线接地系统是利用单母线对目标进行分段连接，并且使用正常的方式进行分列运行，站内用电系统配合两个不同的站用变来保证系统的稳定运行，而且不同的站用变还可以携带一母线，面对重要负荷的时候，工作人员就可以从不同的位置进行双回源引处理，从其中一台站用变中引起母线，然后再与另一台站用变的电源进行连接，利用占用边的自投功能，就能够使用交直流一体化系统对整个光伏电站系统进行建设。

3.4 变电设备的运维

光伏电站实际运行过程中，变电设备也是其中的重要组成部分，具有非常重要的地位，其运行质量与整个光伏电站系统运行的稳定性有着直接关系，所以相关工作人员需要从变电设备角度入手，加大管理和维护力度，保证光伏电站系统的安全稳定运行。首先，需要对内部意向进行全面的检测，包括气味、温度等等，其次还应该做好变电设备的除尘工作，对警报风险进行全面监控，做好升压站的建设工作，根据其运行标准制定切实有效的运维方案和周期，保证变电设备内部结构的安全性，提供有效的支持。一般来说，在升压站建设过程中，首先需要明确其具体的运行参数。

3.5 防雷接地设计

光伏电站建设过程中，一般经常会建设在年均雷暴日较少的地区，所以受到雷击的概率也会相对较低，在这样的情况下，光伏电站建设时基本不需要安装避雷针等设备。但是，在实际运行过程中，由于电池支架面积较大，在使用过程中非常容易受到感应雷的破坏，因此在电气一次设计过程中，必须对电池支架进行有效的焊接，确保在遇到雷雨天气时，能够通过接地网进行快速防范，减少对电网产生的危害，保证电力系统的安全稳定运行。另外，还可以在汇流箱和交直流配电柜内放置过电压保护器，这样也能够有效减少感应雷产生的破坏，保证电气设备的正常运行。

4 结束语

随着国民经济增长速度的不断加快，我国所暴露出的能源紧缺问题越来越严峻，在这样的情况下，必须加大对光伏电站建设的重视力度，优化电气系统的一次设计，以此来提高光伏电站的利用率，真正实现新能源开发利用的目的。

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