光伏电站电气设计的实际应用研究

光伏电站电气设计的实际应用研究

梅芳

山东电力工程咨询院有限公司    山东省济南市   250000

摘要:社会的高速发展背后需要巨大的能源支撑。截至目前，一次性能源如煤炭、石油等消耗巨大，再生耗时久。光伏发电作为当前世界重要的新型能源生产方式，具有可再生、环保、高效等特点，可有效解决能源稀缺的问题。本文研究了光伏电站电气设计的实际应用。

关键词：光伏电站；电气；设计

1 新能源光伏电站概述

新能源光伏电站就是利用太阳能，使其在特殊材料的作用下，形成发电体系，并且可以输送电力的光伏发电系统，这种光伏发电系统也是目前国家大力支持的新能源项目。新能源光伏电站的发电系统的发电原理都是，使用到半导体表面的光发电螺栓效应，让其实现把光能转化为电能的效果，进而减少能源消耗，起到保护环境的作用。新能源光伏电站的电能的使用主要体现在以下几方面：①应用在常规的电力系统中，以此满足人们日常生活所需，以及对电子设备的充电，比如，太阳能的充电系统和交通电力系统等；②应用在特殊地区，对于有些用电困难的区域，通过新能源光伏电站的建立，满足当地居民的生活用电需求，比如，微波系统和通信系统用电等；③并网发电的模式，这种产生电能的原理是利用分散化的光伏电池，进行集中地整理，能够实现逆变或者变压的处理和控制，进而产生并网发电的效果。

2光伏电站电气设计的实际应用

2.1 主接线设计应用

在设计光伏电站的主接线时，工作人员需综合考虑电站装机大小、场站布置、接入系统的主要方式及电气设备特点等。当光伏电站以35千伏或者更高的等级进行升压时，通常其内部接线有1 级或2 级升压的情况，此时，需从经济性与技术性两方面出发进行分析。光伏电站只需使用恰当技术，即可从外网引入电量。当光伏电站规模、占地面积较大时，电缆降压也较大，其选取的电缆截面也较大，此时，逆变区内用电将从箱变低压侧进行接引，当光伏电站规模较小，占地也较小时，在其逆变区内，符合用电且使用低压配电装置接引即可。

2.2 防雷接地设计应用

光伏电站的防雷设计应在遵循法规、规范的前提下，根据其内部、外部情况综合考虑，是光伏电站电气设计的重要一环。其具体防雷设计须注意以下两点：（1）直击雷防护。在并网发电过程中，光伏设备如电池组件等分布十分广泛，且高度差别较小，若设置独立避雷装置保护的范围过小，大量设置又将大幅提升建设成本，不符合经济性，且由于占位较多，易设计不当，导致出现遮蔽阳光、降低发电效率的情况。光伏阵列可以使用金属构架连接的方式，故可以有效连接方阵支架上的所有金属结构、所有电池组件与接地网，通过此种连接方式实现防直击雷。（2）感应雷防护。光伏电站中的防感应雷系统主要工作就是防止感应雷通过外界线路入侵室内设备，感应雷由静电感应与电磁感应产生，由于其形成感应雷电压的概率较高，故对设备威胁较大，需重点防范。感应雷主要通过以下两个途径侵入光伏系统：第一，由光伏系统组件方阵直流线路侵入；第二，由交流并网供电线路侵入，设计时需从以上两点入手。在设计大型并网光伏电站电气设计时，电站的防雷接地设计极为重要，可在箱式变电器高压侧放置避雷器，避免箱式变电站耦合过电压问题的同时，预防感应雷导致的过电压对光伏电站中的设备产生破坏。

2.3 电缆敷设设计应用

大中型光伏电站的规模较大，其内部各区域光伏发电母线与发电模块如采用辐式连接，可将各区域发电模块发生故障时的损失降至最小，但却增加了开关柜及电缆数量。工作人员可根据具体经济技术情况确定集电线路数量。部分丘陵及山地的光伏电站需采用综合的敷设方案，如电缆桥架加直埋敷设，电缆桥架可顺地势敷设，利用了地形优势，但为保护电缆，其桥架最好采用玻璃钢桥架或镀锌桥架。平地的光伏电站光伏阵列区域电缆则宜使用直埋敷设，直埋应设置于冻土之下，地面光伏电站多位于西北区域，冻土多且深，进行直埋时工程量巨大。此种情况采用耐寒电缆较为合适，在由冻土层向非冻土层敷设时加装电缆保护管，用以保护电缆不受损害。这样操作可以在保护电缆安全运行的同时，减少工程的经济压力。

2.4 光伏阵列支架设计应用

光伏支架直接决定着电气设计的使用效率，影响光伏组件的运行安全、建设耗资及破损率。当前，大型地面光伏电站光伏支架可选用两类：固定倾角式与逐日跟踪式。逐日跟踪式的效果与太阳辐射的散射辐射关系密切，散射辐射比例越大，其效果越差。但其灵活性更强，可以使光伏方阵表面按照太阳运动规律进行活动，可接收更多的光能量，提高发电量，减少光伏组件的使用量，降低工程建造成本。而固定倾角式比跟踪式单体的经济性更高。其组装后组件倾角与方向不能调整，较为死板，当太阳光无法很好地照射方阵时，也无法进行活动，需布置多个、多方向。故在选择光伏电站光伏支架， 从电站自身情况考虑才能最大限度地降低工程成本，提升发电效率。如光线较好，方阵处可长时间大面积受到阳光辐射时，采用固定倾角式将合理地降低工程造价；若光线变化情况较大，方阵无法在一个方向长时间大面积接收阳光辐射时，选择逐日跟踪式则更有利。

3光伏电站电气设计管理措施

3.1 提高设计的安全性

光伏电站电气设计需要保障每个电气设备的使用安全，同时，还要做好细节的防护。总体而言，在开展电气设计的时候，需要对电气接地设计进行优化处理，保障各项光伏电站在设计的时候能够得到全面的防护，使接地系统变得更加的安全可靠，应用科学的接地模式进行接地工作。在实际应用的过程中，要保证机组的安全，有效地降低不良损耗，充分地加强对电气保护工作的强化。对于智能化的安全防护措施也要全面地应用，做好交流保护以及安全雷电的保护处理，在直流接电的时候需要应用到高电阻材料，而在交流接地的时候则需要使用到电阻较小的材料。整个工程的防雷设计工作要充分地考虑到避雷针的科学应用，有效地提高光伏电站的防雷效果。另外，还需要进行安全防护，降低电磁波对线路带来的不良影响。

3.2  EPC工程各阶段对人员的管理

在国内好多光伏采用EPC模式，对人员及工程管理要求较高。建议作为光伏电站电气设计人员，其专业能力会决定整个工程的设计水平，因此，需要加强对设计人员的全面管理。首先，技术角度分析。在进行光伏电站电气设计的时候，需要工作人员具备较高的专业能力，定期组织电气人员进行设计知识的学习和考核，只有考核结果才能够及时地分辨设计人员的具体能力，做好后续工程的全面控制。其次，电气工程设计的时候，要根据工程的相关图纸以及后续施工要求，对工程中可能存在的一些问题进行综合性的调整。经过设计人员和施工人员的共同分析，提高整个光伏电站的管理水平。只有工程的监理人员审核完成后，工程才可以正式投入使用。最后，在工程开展线路设计的时候设计人员要严格按照标准规范的要求，符合工程的施工质量和规范的标准。在开展电气质量安全管理的时候，还要对每个细节进行全面的掌控，通过细致化的检验工作，建立一个完善的电气系统。除此之外，在开展电气系统构建的时候，还需要提高系统的实用性和安全性。整个设计工作中，设计人员要结合工程中使用到的设计、材料以及设备进行成本价格的控制。加强对实际预算成本的管理，保证工程的造价费用达到最优化。

结束语

当前，我国电网建设水平显著提升，但由于能源短缺，我国对于光伏电站的建设十分重视。光伏电站电气设计的优化，将提升光伏发电效率，促进能源的可持续发展，进一步推动社会化进程。

参考文献：

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