解析光伏发电系统电气设计方案

低碳技术LOW CARBON WORLD 2017/11鮮析光伏发电系统电气设计方嗇马欢(四川电力设计咨询有限责任公司，四川成都610041)【摘要】随着经济的不断发展，近年来，我国出现了资源、能源短缺的局面。因此，重视节能环保和加强对可再生能源的利用成为发展过程中重 点之一。可再生能源利用方面，光伏发电系统在多个领域中得到了广泛的应用，是一项非常重要的节能措施。在国家的不断支持和大力扶持下， 此项技术也取得飞速的进步。基于以上背景，本文结合实际设计的工作经验，对光伏发电系统进行了简要的概述，阐述了对光伏发电系统电气 设计进行的研究内容，提出了几种光伏发电系统电气设计的方案。【关键词】光伏发电系统；电气设计；方案【中图分类号】TM615 【文献标识码】A 【文章编号】2095-2066( 2017 )31-0018-02引言随着经济的不断发展和科学技术的飞速进步，我国越来 越重视新能源领域的发展。光伏发电是具有环保属性的一种 可再生能源发电形式，在近年来得到了越来越广泛的应用。目 前，光伏发电不仅在工厂、企业中得到了广泛的应用，有的家 庭用户也使用了微型分布式光伏发电来进行节能发电。因此， 光伏发电系统的设计不但可以为工厂、企业的生产节约成本， 同时还与人民群众的生活息息相关。1光伏发电系统概述1.1组成典型的光伏发电系统主要由光伏阵列、充放电控制器、储 能装备或逆变器、负载等组成。其构成如图1所示。图1典型光伏发电系统的构成光照射到光伏阵列上，光能转变成电能，光伏阵列的输出 电流由于受环境影响，因此是不稳定的，需要经过DC-DC转 换器将其转变成稳定的电流后，才能加载到蓄电池上，对蓄电 池充电，蓄电池再对负载供电。如果是并网售电，则不需要蓄 电池，而是通过并网逆变器，将直流电流转换成交流电流，并 到电网上进行出售。也就是说，离网型光伏发电系统需使用到 蓄电池储能，而并网型则不一定需要。1.2工作原理光伏发电系统的工作原理指的是采取了光生伏打，并通 过利用太阳光对于一些特殊的物质进行了照射，使内部的部 分粒子吸收到了相应的光子，进而通过移动，产生了一定的电 势能，进而就把光能转化成了电势能。所以说，在光伏发电系 统过程中，最为关键的发电元件便是太阳能的电池板，而它的 材料属性对于能量转化的高低起到了决定性的作用。一套完 整的光伏发电系统是由包括太阳能的电池板、蓄电池、控制 器、直流及其交流配电箱所共同组成的。太阳能发电系统包括 以下几个方面：①独立的发电系统，也就是指在闭路内所形成 的电路。②并网发电系统，它指的是通过标准接口与公用电网 所进行的一种连接，感觉就像是一个小型的发电厂。而独立式 的发电系统是把所接收到的太阳辐射能转换成了电能，并且， 把多余的能量通过充电器存储于蓄电池的内部。而并网发电 系统指的是通过光伏数组把所接收到的辐射能转变成了高压 直流电，然后通过逆变器向电网输出了交流电。1.3种类按照接入点等级的高低、是否能够向电网进行送电及其 安装的位置、方式等方面进行了划分。按接入点电压等级进行 划分，可以将它们分成大型、中型以及小型的光伏发电站。按 照是不是允许向电网进行送电，可以将它们分为了可逆式以 及不可逆式的光伏电站。小型的光伏电站指的是由于容量与管理都比较的困难， 因此，使用比较少，而使用最多的是可逆式的光伏电站。对于 中型及大型的电站来说，按照位置、所有权等方面进行分析， 可以分成可逆式或者不可逆式，而大型的电站大都采取的是CCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCCC参考标准，因此，在设计中需要给予一定的重视，需要注意一 些事项：①由于设计阶段是开始阶段，无法获得桥架的相关信 息，如:桥架产品品牌、相关配件尺寸等，因此，在设计的过程 中不需要过多考虑这些信息，也不用要求必须与其尺寸相匹 配，可以在现场施工的过程中对其进行适当调整即可。②支撑 结构虽然在整个桥架中有着重要作用，但是具体在什么地方 做支撑并没有统一规定，因此，在设计的过程中需要根据电缆 自身的重量来确定支撑方案，以实现稳固支撑。③在一些具有 腐蚀性的环境中，如沿海地区，设计中应当考虑现场打孔，或 是切割后断面防腐等问题，如在裸露的金属表面喷漆、涂防腐 涂料、油漆修补等方式，保证电缆桥架在防腐环境中的安全稳 固性能。④当多组电缆在共架中同时引出时，设计者应当对其 转角的位置进行深入考虑，如:安装高度、配件选择、稳定性能 等，以便确定相对合理的方案[5]。6结束语总而言之，电缆桥架的设计对整个电力工程有着直接关系，因此，在设计的过程中，设计者应当站在全局的角度进行 考虑，更具电力工程项目的实际情况来进行桥架材质的选择、 形式规格的选择、安装方式的选择等，保证与我国倡导的节能 环保理念相符，有效提高施工的效率。参考文献[1] 徐烁，陈丽丹.配网电缆线路桥架方案优化设计[J].电气技术，2016(07)：114-116+125.[2] 张吉祥，陈光景，周睿.电力电缆桥架的设计[J].科技展望，2015，25 (30)：124.[3] 孙亮.电缆桥架设计与施工的相关问题探讨[J].中国高新技术企业， 2015(15)：150~151.[4] 张春晓.浅谈电缆桥架的设计[J].科技资讯，2012(15):64.[5] 于治深，郝峰.如何优化电缆桥架的设计[J].民营科技，2010(12): 310.收稿日期:2017-10-22

18LOW CARBON WORLD 2017/11低碳技术不可逆式的光伏发电站。2电气设计的具体内容分析光伏发电指的是通过太阳能转换成了电能。近年来，随着 经济不断发展，在各行各业及其各地区当中，光伏发电系统都 得到了越来越广泛的应用，并对于社会的发展起到了极其关 键的作用。而在电气进行设计的方面，要与传统的电气设计结 合起来，并在满足了电气设计要求的基础上，对于光伏发电系 统电气设计进行了不断的改进与完善。由于光伏发电具有一 定的局限性，所以，对于电气设计时，对于气候、地理方面的信 息进行考虑。而光伏方阵在设计时，还要对于地理、气候、太阳 能等进行研究。在对于逆变器进行选择时，如果间距及光伏方 阵都存在一致，那么，就可以通过集中逆变方式来进行。如果 间距与方阵不一致的话，则可采取分散逆变的方式。在对于接 线箱进行安装时，要选取易于检修及其操作的地点。而光伏配 电箱主要是由于直流和交流配电箱共同组成的，在遇到了故 障时，则要通过并网配电箱对于两网进行分离，进而大大降低 了由于故障所产生的运作困难。对于直流线缆设计的时候，则 要对于发电的位置、环境等多方面进行研究，另外，还要对高 温做好预防工作。在保护设计的过程中，还要对雷电进行分 析，从而避免了对于光伏所造成了一定的影响。此外，为了有 效降低了对于光伏发光的影响，可以安装一套防雷的设备。3光伏发电系统电气设计方案分析 3.1设备的选择(1)逆变器逆变器指的是通过晶闸管对于不同导通时间所进行的控 制，并把直流电变成了交流电。根据电源的属性，可把逆变器 分为电压型及电流型；依据激磁方式，又可分成自动型与他动 型；依据波形的方式，又能把逆变器分成方波逆变器以及正弦 波逆变器。电压型逆变器电路如图2所示进行了分析。但在实 际进行操作的过程中，可以为光伏发电系统中交流、直流转变 成了能量通道，而且并联了逆变桥和二极管，逆变器线路回路 在过电流保护装置及电压保护器中进行设置，并通过直流负 荷对开关进行一定的操控。还要设置一套自启的开关系统，白 天可以自己打开，晚上就能够自己进行关闭。加之电容量极 大，所以要选取合适的逆变器进行控制。

图2电压类型的三相桥式逆变电路(2)太阳能光伏组件它指的是通过不同的电池所形成的组合体，在串联光伏 片状态下，形成了电池板，它们具有不同规格。( 3) 箱 变智能有监控装置具有箱变模拟量的采集、通讯等方面的 功能，还能够与传统自动化监控系统的通信管理机、光纤交换 机的功能相融合，负责接入或者传输数据通信，进而能够实现 设备通讯信息的集中与传输功能，然后通过光纤接入到自动 化的监控中，并有效实现了光伏电站的远程管理与监控工作， 进而满足了智能化以及没有人值守的模式。此装置的安装是 在低压开关柜内进行了，除了具备通讯管理机功能以外，还起 到了测控与保护的功能。箱变装置的有效应用，大大减少了通 讯管理机与光纤交换机的数量，进而提升了集成度，简化了监控设备的配置，进而大大降低造价及运行成本。3.2对光伏发电系统进行监控通过选取分层分布的形式，在设计时，要设置一套监测元 件及其管理设备。①对于现场的运行情况进行实时监测，其内 容主要包括电流、电压及其温度。在检测过程当中，数字通讯 及其监控设备之间关联起来，进而实现了实时性的操作监控。 ②要安装监控设备。还要对电流与电压适应的检测元件进行 设置，此外，还要设置一套防雷装置，实时进行监测。3.3光伏发电一次系统设计光伏发电站一次系统是根据电站的类型而确定的。对于 那些中小型的光伏电站来说，并网电压的等级是非常低的，常 常是10kV或者0.4kV，所以，一般情况下，仅设置一级的升压 变压器。对于那些大型的光伏电站来说，安装的容量非常大、 光伏的阵列分布也比较广，若运用一级升压的方式，势必会给 成功率带来很大的损耗，进而也大大减少了效率。因此，在大 型的光伏电站当中，常常会采取两级升压方式进行。而交流系 统大都采取的是10kV或35kV电压等级的配电，设置升压站 完成要与光伏电站系统进行并网。3.4光伏发电二次系统设计光伏电站的远动信息包括遥测与遥信两部分。而遥测包 括110kV出线的有功功率、无功功率以及电流；110kV母线频 率、电压；光伏电站发电量及其辐照度。遥信包括断路器、隔离 刀闸、并网、逆变器。远动信息是在测控装置中获取远动信息， 并传送到调度端。也可以通过站内的监控系统，实现对于站内 数据向调度方面的转发。对子系统进行监控，要增加对于直流 汇流箱、直流柜等的监测，并完成了对于站内设备的监控。继 电保护设置侧线路保护。类型是相间距离、接地距离以及零序 电流方向的保护。此项保护不对全长进行保护，剩余部分由接 入变电站内保护完成的。主变保护可设置成一套电量保护与 非电量保护。光伏直流电缆进行选型。在对于直流电缆进行选型的过 程，要根据所处的特殊环境下，所设计的光伏设备专用无卤 PV1-F电缆，对组件之间的汇流连接及跳线功能进行支持。需 特别关注的是，它运行的环境要在大于60益的情况下进行，并 对于载流量予以修正。4结束语综上所述，目前，太阳能是重要可再生能源，在各行各业 中都得到了广泛的应用，在资源能源需求越来越多的今天，光 伏发电系统的出现，它不但降低了能耗与资源，对人们生存环 境起到了保护的作用，同时也正在走进千家万户，降低人们的 生活成本，改善社会的能源结构。因此，我们要对光伏发电系 统电气设计方案不断进行研究，进而促进了社会的不断发展。参考文献[1] 廖东进，黄观吉.离网光伏发电系统优化设计探索[J].科技创新与应 用，2016(02): 140耀142.[2] 明瑞，周少武.20MW光伏发电系统与电气一次设计[J].湖南工业大 学学报，2016(02):26耀31.[3] 许冬梅，熊小俊，孙泽人，庞小霞.谈光伏发电系统电气设计[J].智能 建筑电气技术，2016(02):43耀49.收稿日期:2017-9-25作者简介：马欢（1990-)，男，汉族，四川成都人，助理工程师， 硕士研究生，主要从事电气设计工作。