分布式光伏发电系统电气设计研究

分布式光伏发电系统电气设计研究

王元良

隆基光伏科技(上海)有限公司

摘要：随着光伏发电系统的推广和普及，对电网的电能质量、安全稳定运行带来了极大挑战，而且也给电网调度运行工作带来了很大挑战。对此，必须要优化光伏发电系统并网技术，将系统接入到电力网络中去，充分发挥出系统的潜力和作用。分布式光伏设施的设计与构建是一项融合多元技术挑战的任务，为此，优化光伏电站的电气设计策略至关重要，目标在于提升其性能和经济效益。本文对分布式光伏发电系统电气设计问题进行了分析。

关键词：分布式光伏电站；电气设计；安全；太阳能电池板

前言：

随着能源危机和环境问题的日益突出，分布式光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式逐渐受到广泛关注。在分布式光伏电站设计过程中，电气设计方法起着至关重要的作用。电气设计需要考虑到光伏电站的整体布局和电气设备的选型配置，确保系统的安全性、可靠性和高效性。首先，在设计电气系统时，需要充分考虑电站的布局和地理环境，合理规划光伏板的摆放位置，以获取最大的光能利用率。其次，要选择合适的逆变器和变压器等设备，确保系统的正常运行和高效发电。同时，还需要考虑到电网的接入和输出电力的输送，确保系统与电网的稳定连接。

1、分布式光伏发电系统并网技术的重要性

分布式光伏发电系统并网技术的重要性不言而喻，它是推动清洁能源发展，实现能源结构转型，以及促进可持续发展的重要技术之一。分布式光伏发电并网是将分布式光伏电站与电力系统有效地连接起来的过程，实现分布式光伏发电并网具有重要的意义。分布式光伏发电系统属于并网光伏发电系统额规模小型化，更多的是用于满足特定用户的小范围供电需求。首先，分布式光伏发电并网技术能够有效地提高电力系统的稳定性和可靠性。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，减少了长距离输电过程中的损耗，同时也减轻了主电网的负荷压力。当主电网出现故障时，这些系统可以作为备用电源，提供必要的电力支持，增强电力系统的稳定性。其次，分布式光伏发电并网可以提高电网的供电可靠性和稳定性，减少电力故障对用户的影响，提高电力系统的抗干扰能力。此外，分布式光伏发电并网也为用户提供了一种自给自足的能源选择，降低了对外部能源供应的依赖，分布式光伏发电并网技术也有助于推动电力市场的改革和创新。它鼓励更多的用户参与到电力生产中来，形成“即生产，即消费”的模式，促进电力供需的平衡。同时，也为电力交易、微电网、储能技术等提供了新的发展空间，激发了能源领域的创新活力。最后，从经济角度看，分布式光伏发电并网技术可以降低电力投资成本，提高能源利用效率。随着光伏技术的进步，光伏发电成本持续下降，用户不仅可以节省电费，甚至可以通过卖电给电网获得收益，从而实现经济和社会效益的提升。

2、分布式光伏电站电气设计技术要求

2.1分布式光伏电站电气组件选型

光伏组件（光伏电池板）是光伏发电系统的核心部分。在选择光伏组件时，需要考虑其转换效率、耐久性、可靠性以及成本。高效率的光伏组件可以产生更多的电能，而耐久性好的组件则可以保证系统的长期稳定运行。目前市面上的太阳能电池板种类繁多，如非晶硅、晶硅和薄膜电池等。非晶硅电池以其在低光照环境下的稳定性能而广受欢迎，尽管其转换效率略逊色于其他类型，但仍能满足家庭用电和道路照明等多样化的应用场景。相比之下，晶硅电池，特别是多晶硅和单晶硅，因其高能量密度和稳定的性能，更适合大型电力系统的应用。多晶硅因其晶体结构的紧密性，更能抵抗高强度的压力，而单晶硅则由众多独立单元组成，可能面临较高的损坏风险。在光伏组件的选择过程中，细致的分类至关重要，涵盖非晶硅电池单元、大规模生产的电池模块和多晶硅企业的组件等选项。尽管非晶硅电池单元的效率相对较低，且环境对其影响较小，但在实际应用中，它仍面临挑战。单晶硅电池组件主要分为多晶硅企业和单晶硅类别，前者在转化效能上不如后者显著，即使输出功率相同，单晶硅电池组件的体积优势明显。单晶硅通常具有最高的转换效率，可达到20%至22%左右；多晶硅的转换效率约为16%至18%；非晶硅的转换效率则较低，一般在10%至15%之间。因此，在光伏组件选择中，全面考虑如性能、质量、成本等因素是必要的，应根据当地的气候条件和实际需求，灵活选择和优化配置不同的太阳能电池板类型，以实现最优化的能源产出效益。

2.2选择分布式光伏发电逆变器

逆变器是将光伏组件产生的直流电转换为交流电的关键设备。在逆变器的选择上，需要考虑其转换效率、输出电压和电流范围、保护功能以及通信接口等，需要设计合理的配电系统，将逆变器输出的电能分配到不同的用电设备上，并确保电能的稳定供应。在挑选逆变器时，首要目标是确保其输出功率能精确匹配到整个光伏电站的整体输出，确保能量转换的一致性。在设计过程中，逆变器需兼顾诸多变量，包括输入电压的兼容性、输出功率的效率、电流的动态频率以及环境温度的影响。为了确保其效能与安全，选择合适的防护策略至关重要。在设备选择过程中，细致评估电流范围、效率指标等多维度参数至关重要，这有助于全面把握电气执行层面的影响要素，从而为后续项目实施奠定坚实的基础。当前，将组串式逆变器架构与前沿的数字化技术融合，为光伏电站逆变器设计开辟了新的路径。组串式逆变器由单个或多个独立运作的模块串联而成，每个模块拥有自身的功能和操作范围，这不仅降低了成本和维修复杂度，还提升了整体系统的可靠性和扩展性。

2.3设置直流汇流柜电器

在分布式光伏发电系统中，汇流柜的设计旨在最大化其集成能力，优化管理众多光伏模块产生的多元直流源，确保它们能迅速、高效地与逆变器同步。汇流箱的核心构建元素是主熔断器，其工作频率和标准承载力需严格匹配预设规格，与电路运行的最大电流阈值保持紧密衔接，但线路的最大电流应略高于主熔断器的额定容量。在设计过程中，电流传感器嵌入于熔断装置的核心地位不容忽视，其精良的工程设计直接关系到对光伏发电系统中熔断信号变化的精准捕捉。在电路运作环节，电流传感器扮演着雷击防护网的角色，能迅速响应并隔离光伏电站内部的并联电路，确保电流稳定。在线路配置上，选项不仅局限于直流路径，交流线路同样可作为选择。在实际操作中，直流熔断器的使用频率高，有时会选择采用二极或三极并联的配置策略，以提升系统的灵活性和可靠性。

2.4监控与通信系统的设计

通信技术是并网系统中的信息高速公路，它将各个设备连接起来，实现数据的快速、准确传输。通过先进的通信技术，如光纤通信、无线通信等，可以实现发电设备、储能设备、电网设备之间的实时信息交换，确保系统运行的高效协调。监控与通信系统用于实时监测光伏发电系统的运行状态、发电量以及故障信息，并实现远程控制和数据传输。在设计监控与通信系统时，需要考虑其数据采集和处理能力、通信接口以及网络安全性等方面。通信技术的引入，使得并网系统能够实现设备间的智能协同工作，优化电力调度，提高整体运行效率，为实现清洁能源的高效利用提供了强有力的技术支撑。

2.5优化电网接入方案

分布式光伏发电系统的核心优势在于其高效的能源转换能力和零污染特性，这使得它能够有力地应对环境污染的挑战。二是分布式光伏发电系统并网技术以电网为电源为主，然后满足电力用户的用电要求。优化并网技术时需将与电网运行方向一致的电源接入系统才能满足用户的要求。并且还必须结合实际情况决定并网方式及容量，唯有如此才能使系统并网。电网接入方案的优化需明确分布式光伏发电系统的接入地点，容量和电压等级，保证电网接入方案能满足电力系统的安全，稳定和经济运行。根据实际需求，分布式光伏发电系统可以选择并网运行或离网运行，并网运行可以充分利用电网的互联控制能力，实现电能的优化利用；而离网运行则适用于电网覆盖不到的地区或需要独立供电的场合。在设计时需要权衡两种运行模式的优缺点，并选择合适的运行模式。分布式光伏发电系统接入点的合理选取。接入点的选择应充分考虑区域的供电情况和用户的需求。同时还需要对地区电网结构，电压等级和输电线路进行综合分析，并针对这几方面来制定科学，合理的接入方案。实际并网时还需要根据电力调度部门提出的需求制定出科学合理的并网计划。在电网调度过程中，需要充分了解电网的运行状态，电源容量和负荷情况，从而能够依据这些信息来制定出科学合理的调度计划。

3、结语

总之，分布式光伏发电系统并网技术在可再生能源发展中具有重要地位。分布式光伏发电系统的设计是一个综合考虑地理位置、气候条件、能源需求、经济成本以及技术可行性的过程。通过不断研究和创新，提高并网技术水平，分布式光伏发电将在未来能源结构调整中发挥更加重要的作用。因此，需要深化对分布式光伏技术的理解与应用，精心策划系统构建策略，以迅猛的速度提升能源转化效能，并始终如一地保持电力品质的卓越表现。

参考文献：

[1]俞炜．分布式光伏电站设计中的电气设计技术探讨[J]．科技创新导报，2021(23):90-91.

[2]张媛. 分布式光伏发电并网的继电保护影响分析[J]. 电工技术, 2022(19): 129-131+134.