分布式光伏发电系统电气设计分析

分布式光伏发电系统电气设计分析

张换兰

大唐湖北能源开发有限公司，湖北省 武汉市430000

摘要：分布式光伏发电系统是现阶段使用较为频繁的高新发电技术，具有清洁环保无污染的优势。光伏发电可以根据用户的实际用电需求，灵活利用太阳能进行发电，就近选址进行光伏发电系统设计及安装，保障电力电能的正常供给。从光伏电站电气系统设计背景入手，介绍了分布式光伏发电的概述，分析了分布式光伏发电系统电气设计的要点，从源头上保证分布式光伏电站运行质量，推动电力行业健康发展。

关键词：分布式；光伏发电；电气设计

引言

绿色能源的大力开发和充分使用，对我国的经济建设和社会建设都有非常重要的影响，是我国可持续发展战略实施的重要构成部分。目前我国在很多地区都兴建了光伏发电站，其中采用分布式设计被证明是非常适合的选择。分布式光伏发电站的运营，需要采用高技术含量的并网控制，才能将发电形成的电能输入电力网络，最终输送给用户使用。相关控制技术对我国的电力保障能力提出较高要求，也是业界高度重视的一项技术课题。

1分布式光伏发电的概述

分布式光伏发电是一种集合发电和能源利用的新型方式，有着十分广阔的发展前景，分布式光伏发电充分体现了就近作业的原则，有效解决了发电设备距离上的限制和问题，可以有效提升规模相同光伏电站的发电量，更能解决电力在升压及长途运输中的损耗问题等，在一定限度上减少了相关企业在运输损耗上的资金投入。分布式光伏发电在我国应用较为广泛，最常见的便是建设在各建筑物屋顶的光伏发电项目，如太阳能热水器和太阳能充电板等，在接入光伏发电项目时，相关政策要求所涉及的电路必须接入当地的公共电网，使该电路和公共电网一起为用户提供电源，

2分布式光伏发电系统电气设计要点

2.1电气主接线设计

在进行光伏电站电气主接线设计过程中，工作人员需要综合考量光伏电站设计的装机容量、系统接入方式、枢纽布置情况和具体的设备特点等，在此数据上完成电气系统接线方案的初步拟定。此外，电站主接线的设计还必须满足接线简单、便于操作、运行灵活等条件，方便后期作业人员的操作及维护检修。

2.2接入方案设计

根据《分布式电源接入系统典型设计》的内容要求，合理设置并网点总数及箱式变压器容量，在满足基地自身用电的基础上，将剩余电量接入电网，提高电能资源的利用效率。

2.3分布式光伏发电站并网系统设计分析

对分布式光伏发电站并网系统的设计，需要从体系化角度对其各项功能进行明确，并基于此分析完成相关功能的具体硬件设施以及辅助设备的建设。总的来说，一个功能充分完整的光伏发电站并网系统在物理构成上需包括如下几个部分:光伏阵列、直流配电柜、逆变装置、储能装置、并网保护装置、交流电网以及负荷等。基于这些基础设施的功能正常发挥，分布式光伏发电系统的整个工作过程可归纳为如下步骤:首先，太阳光直接照射到光伏阵列的太阳能电池面板上，光伏阵列会吸收太阳光中蕴含的太阳能，光伏效应产生电流，并以直流电形式输出。其次，直流电经并网逆变器处理会将直流电转换成可以并网传输的交流电，交流电利用传输线向负载输送给，提供给用电器负载直接使用。最后，储能装置在光伏发电供给超过使用额度时将过剩电能吸收，当光照强度不够导致发电量难以保障用电负荷时再将存储电能释放，进而实现供电稳定性要求。为确保系统工作稳定性，并网逆变器需要通过多个能量优化控制部件进行系统优化，其中，比较重要的部件有功率优化控制、并网故障保护、充放电控制等。分布式光伏并网发电系统设计的本质，就是基于功能需求和设计要求对相关器件部件的调整和配置，使得相关功能得到充分实现。

3分布式光伏发电技术的特性

3.1波动性与时段性

分布式光伏发电技术的波动性和时段性是指光伏发电系统在不同时间段内，其发电量会随着太阳辐射强度和其他影响因素的变化而波动。光伏发电系统的电力输出与太阳辐射强度直接相关。当天空晴朗、太阳直射角度适宜时，光伏发电系统将产生较高的电力输出；在阴雨天气或太阳直射角度较小时，光伏发电系统的发电量会相应减少。因此，光伏发电系统具有一定的波动性，其发电量会在不同天气条件下波动。光伏发电系统的发电量也具有时段性。白天的太阳辐射强度高，光伏发电系统的电力输出也较高，可以满足当地的日间用电需求；而夜间或低光照条件下，光伏发电系统无法产生足够的电力供应，需要依靠其他能源补充。因此，光伏发电系统的发电量在不同时间段内呈现出较大的差异。虽然分布式光伏发电技术具有一定的波动性和时段性，但通过储能技术、能量管理系统和多能源互补等措施的应用，可以提高发电系统的供电可靠性和稳定性，实现可持续、稳定的能源供应。

3.2高功率与高可靠性

光伏发电系统的功率输出与太阳辐照度和光伏组件的转换效率密切相关。根据太阳辐照度的变化，光伏组件能够以提供不同的功率输出。根据数据分析，一个标准的光伏组件（通常为1m2）在理想条件下可以提供约100～200W的功率输出。如果建筑物或区域上安装了多个光伏组件，总功率输出可以迅速累积和增加，达到数千瓦甚至更高的水平。分布式光伏发电系统的高可靠性体现在两个方面。（1）光伏组件的寿命通常在20a以上，而且其工作原理简单可靠，不存在机械运动和易损件，因此其本身具有较高的可靠性。（2）分布式光伏发电系统通常由多个光伏组件组成，并且具有分散布局，一旦某个光伏组件出现故障，其余组件仍然可以继续发电，从而保证了整个系统的可靠运行。根据国际清洁能源机构和太阳能协会等机构的数据，全球范围内分布式光伏发电系统的装机容量呈现快速增长的趋势。

3.3并网安全性

分布式光伏发电技术的并网安全性是指光伏发电系统与电力网络的安全连接和互动。分布式光伏发电系统的并网应确保不对电网稳定性造成负面影响，这包括电压、频率和功率等方面的稳定性。对于大规模的分布式光伏电站，应对系统在并网和脱网运行状态下的电能质量进行充分评估，保证满足电网接口的要求。分布式光伏发电系统需要确保电力可以双向流动，既能够将多余的电能注入电力网络，又能从电力网络获取所需的电能。因此，设计和实施适当的电力电子设备和系统控制策略，以确保安全、高效地实现双向电流控制。为防止故障传播到电力网络，保证系统操作的安全和可靠性。分布式光伏发电技术会采用隔离断路器和过电压保护装置等设备，以应对故障和突发情况。为避免互相干扰，需要在设计和安装过程中考虑地线、屏蔽、滤波等措施，以减少潜在的电磁干扰和电磁辐射。

结束语

我国电力资源分布不均匀，许多偏远地区不具备集中式发电的条件，依靠架空线缆进行电力资源的远距离传输，不仅造成电力资源的浪费，而且集中式发电无法根据外界电力负荷的变化而实时改变。为解决用电负荷不能灵活切换而引起的电力运转成本增加的问题，有效提高电力资源的利用率，分布式光伏电站应运而生。我国的光伏发电技术仍处于发展阶段，由于缺乏经验，设计人员还没有掌握光伏电站电气设计及安装的技术要点。另外，光伏发电站的电气设备部件均是精密度要求较高的材料，如果不能正确选择设备及材料型号，就会导致电气设备及部件的质量不符合要求，进而造成光伏电站频繁发生设备故障。因此，对分布式光伏电站电气系统进行全面的设计分析和研究，以便提高电气系统的性能，保证其运行质量。

参考文献

[1]王海超，贾文华.研究光伏电站电气设备选择探讨[J].电工技术，2017（8）：144-145.

[2]朱文杰.探讨分布式光伏发电系统的并网技术应用[J].集成电路应用，2020（8）：420-422.

[3]许崇伟.分析分布式光伏发电集成系统设计及优化建议[J].工程建设与设计，2018（12）：114-117.