大型集中式光伏电站并网设计要点研究

大型集中式光伏电站并网设计要点研究

田昊

陕西建工新能源有限公司  陕西省西安市  710018

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，光伏电站建设越来越多。光伏发电并网是新能源技术中的一个重要课题，随着光伏电站的不断增多，光伏发电系统中存在的问题也不断显现出来，其中以太阳能转换效率和并网电流质量问题为主。如何提高太阳能转换效率、降低并网电流的谐波分量从而满足并网的基本要求，成为当前亟待解决的问题。基于此，文章首先分析光伏电站并网的基本原理，其次探讨大型集中式光伏电站并网设计要点，为全面推进分布式光伏电站建设提供实践指导。

关键词：集中式光伏电站；光伏并网；电气设计

引言

随着能源供给方式和结构转型，光伏电站成为可持续发展能源的一个重要形式。电气设计是光伏电站建设中至关重要的环节。对于电气设计而言，准确的技术分析和总结能够为光伏电站的建设提供技术保障，提高发电能力和电网并网能力，降低建设成本和运行维护成本，为可持续能源的发展作出贡献。然而，目前光伏电站的电气设计技术和系统构建技术仍存在诸多挑战和难点，如何有效降低发电成本、提高电网接入并网功率、保障电站安全运行等方面，这些问题都须要相关人员进行认真思考和深入研究。

1光伏电站并网的基本原理

在传统发电过程中，通常使用火力发电及水力发电的方式，会对自然环境造成严重破坏。光伏发电、核能发电等新型的发电模式逐渐被人们所关注。光伏发电是以太阳能电池阵列为基础，将自然环境中的太阳能转化为直流电的系统。但是，直流电不能直接进入电网，必须通过逆变器将直流电转变为交流电，才符合电网的并网需求，这也是光伏电站的并网原理。

2大型集中式光伏电站并网设计要点

2.1电路设计

1）复位电路设计。复位电路设计需要配合核心处理芯片的性能，增加带有I2C总线存储器的电源监控芯片CAT1025JI-30，该芯片具备低功耗特点，能够将2K的串行EEPROM及掉电保护电源监控电路压缩到一个芯片内。同时设置复位键（RST）进行复位信号的传输，CAT1025JI-30接收到信号后对I2C发出读写指令，此时对芯片SCL及SDA两引脚设计连接到相应的接口，并在I2C电路上设计2个上拉电阻。2）晶振电路设计。本设计主要采用外部晶振，结合核心处理芯片设计要求，晶振采用11.0592MHZ的型号，并将其放置在微控制器LPC2138的2个时钟引脚之间（XTAL1、XTAL2）。晶振电路设计要求接地，采用30pF的电容C1及C2在两端处进行接地连接。

2.2系统的硬件设计

光伏发电并网系统中逆变电路拓扑选择了全桥逆变电路，但还需要对逆变电路的开关元件进行选型。文章的系统设计选用了MOSFET作为逆变电路开关器件，与其他器件相比，MOSFET开关损耗更低，通态压降更低，高频工作特性更良好，更易于设计驱动电路，价格也更低廉。在进行开关管的设计时，如果仅考虑逆变电路，则需要考虑过高的直流母线电压带来的母线电压振荡、开关管尖峰电压和逆变器本身的工作状态，设计略显复杂。该系统在前置电路中设计了缓冲电容器，因此开关管仅需考虑关断尖峰，在选取时选用1.8～3倍的电压即可。在该系统中，逆变电路直流侧输入电压为直流400V左右，开通时输入最大电流为2.5A。综合以上考虑，最终选择IPP90R340C3型号的MOS管作为系统逆变电路的开关器件，其最大源漏极电压为900V，最大导通电流为15A，同时该管的上升时间为20ns，关断时间为25ns（典型开通延时时间70ns，典型关闭延时时间400ns），能够快速地做出开关响应。

2.3集散式逆变器光伏系统方案

（1）与集中式逆变器光伏系统方案相比，集散式逆变器将MPPT前移到汇流箱，并增加汇流箱数量，有效降低传输损耗。（2）集散式逆变器光伏系统采用分散MPPT，减小各种失配带来的发电量损失。客观上，组件的分散性、方阵的遮挡、支架的倾角变化等多种因素都会导致失配损失。集散式逆变器方案中每个智能MPPT控制器中有4个或8个MPPT控制模块，每个MPPT控制模块接入4路或2路组串，与集中式逆变器光伏系统方案近100路组串接入1个MPPT相比，集散式逆变器大大减少了组串的并联失配损失。（3）集散式逆变器光伏系统还可以达到降低交直流线损的效果。智能MPPT控制模块（对应集中式逆变器光伏系统方案的汇流箱）具备电压提升功能，将远距离（汇流箱到逆变房）直流传输电压提升到800VDC左右，相比集中式逆变器的600VDC左右和组串式逆变器的480VAC，集散式逆变器光伏系统的直流线损大幅降低。集散式逆变器光伏系统交流输出电压也相应提升到500VAC左右，与集中式逆变器光伏系统的315VAC相比，交流线损也有降低。（4）集散式逆变器光伏系统整体效率较高，在大型集中式项目与山地光伏电站中具有应用优势。例如，集中式光伏发电系统是将光伏阵列传输的直流电，利用逆变器转化为与电网电压、频率、相位相同的交流电，直接将交流电并入电网中，实现电力资源的就地利用。集散式逆变器一般安装在靠近光伏阵列的一侧，与集中式逆变器相比，其在控制光伏阵列MPPT、实现光伏阵列最大功率点跟踪方面更加灵活，但技术要求较高，建设成本较高。（5）进行小型光伏发电项目设计时，集散式逆变器光伏系统要求逆变器功率较小，集散式逆变器光伏系统在并网时要做到“即发即用”，通常利用两级式并网方式达到以上要求：第一级是光伏阵列产生的电量直接进入电网，第二级是通过逆变器将直流电转变为交流电并送入电网。在第二级中，利用双反并联逆变技术规避谐波问题，降低并网电流中的谐波含量。

（2）2.4变压器设计

随着光伏发电技术的不断发展，集中式光伏电站越来越受到人们的关注。在集中式光伏电站的设计中，变压器起着至关重要的作用，设计合理的变压器能够有效地提高光伏电站的发电效率和电网连接的稳定性。集中式光伏电站是通过多个光伏组件将太阳能转换为电能，然后通过变压器进行电压升降后接入电网进行供电。变压器具有电压升降、电能传输、功率转换等功能，是将发电电压升高到电网运行电压或将电网运行电压降低到负载电压的必要设备。同时，变压器能够将交流电的电压和电流进行调整，以满足不同电力需求。温度控制。变压器的散热效果对于其发挥性能至关重要。在集中式光伏电站设计中，应根据光伏发电机组的功率、运行环境、负载情况等因素，选择合适的变压器型号和容量，并合理规划变压器的散热设置，以确保其正常工作。电流控制。在光伏发电过程中，由于其电压和电流的波动可能会对电网造成影响，因此须要通过变压器进行电流的调节，使光伏电站电流输出稳定。

2.5调试软件设计

试运行前的调试需要检测系统的运行状态，采用串行通信方式进行数据采集，并将数据传送至计算机，设置可视化设备后可以实时观测数据，并将数据及时存入关系数据库。上位机调试软件的编程设计属于计算机顶层的软件监控设计，此种设计能够连接多个跟踪控制器，相应的控制器需要赋予唯一的地址编码，以便后续跟踪识别，而且每个跟踪控制器在数据库中都有唯一一个表相对应。

结语

总之，光伏电站并网的基本原理是通过逆变器，将直流电转变为交流电。在对电力系统一次部分进行设计的过程中，接入电压等级、接入点、送出线路、导线截面及系统运行要求都是重要的设计内容。在电力系统二次部分设计中，继电保护、调度自动化、电能计量及通信设计是最为主要的设计内容。只有不断提高设计水平，才能为大型集中式光伏电站顺利并网提供技术支持。

参考文献

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