光伏發(fā)電場(chǎng)的電氣設(shè)備選型分析

邵小雷

（中冶華天工程技術(shù)有限公司 江蘇南京 210019）

光伏發(fā)電場(chǎng)的電氣設(shè)備選型分析

邵小雷

（中冶華天工程技術(shù)有限公司 江蘇南京 210019）

可再生能源應(yīng)用作為符合能源可持續(xù)發(fā)展，解決不可再生能源緊張問(wèn)題的重要手段之一，目前在社會(huì)各個(gè)行業(yè)與領(lǐng)域中得到了相當(dāng)深入的研究與應(yīng)用。光伏發(fā)電作為其中最具綜合效益的重要形式之一，近年來(lái)得到了快速的發(fā)展與進(jìn)步。光伏發(fā)電場(chǎng)中電氣設(shè)備的使用性能直接關(guān)系到光伏發(fā)電場(chǎng)的運(yùn)行效益，與光伏發(fā)電及其應(yīng)用質(zhì)量之間存在非常緊密的聯(lián)系。本文即對(duì)光伏發(fā)電場(chǎng)中電氣設(shè)備選型方面的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)探討，望能夠引起重視。

光伏發(fā)電；分布式；電氣設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段的環(huán)境污染問(wèn)題不斷加劇，環(huán)境污染治理以及節(jié)能減排已成為當(dāng)前社會(huì)所面臨的共同問(wèn)題。盡管在環(huán)境污染治理的過(guò)程中社會(huì)經(jīng)濟(jì)存在下行壓力，穩(wěn)定增長(zhǎng)面臨巨大挑戰(zhàn)，但仍然必須堅(jiān)定的推行節(jié)能減排相關(guān)措施。光伏發(fā)電是目前可再生能源應(yīng)用中的主要形式，在近年來(lái)得到了國(guó)家的大力支持并迅速發(fā)展。本文即對(duì)光伏發(fā)電場(chǎng)電氣設(shè)備選型方面的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析與探討，并結(jié)合實(shí)例分析電氣設(shè)備的選型思路與選型過(guò)程，望能夠進(jìn)一步優(yōu)化電氣設(shè)備總體性能，促進(jìn)光伏發(fā)電場(chǎng)運(yùn)行質(zhì)量的提升。

1 光伏發(fā)電場(chǎng)電氣設(shè)備構(gòu)成

并網(wǎng)光伏發(fā)電場(chǎng)系統(tǒng)構(gòu)成主要包括四個(gè)部分，分別為并網(wǎng)逆變器、輸配電系統(tǒng)、光伏方陣、以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)。其中所涉及到的主要電氣設(shè)備包括：直流電纜、電池組件、匯流箱、直流防雷配電柜、高低壓開(kāi)關(guān)柜、箱式升壓變、交流電纜等。目前技術(shù)條件支持下，典型的光伏發(fā)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示。

圖1 典型光伏發(fā)電場(chǎng)電氣系統(tǒng)原理示意圖

其中，可用于光伏發(fā)電場(chǎng)系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池組件主要包括單晶硅電池、非晶硅薄膜電池、碲化鎘薄膜電池、以及多晶硅電池這幾種類型。晶硅類電池組件由于制造技術(shù)成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、光電轉(zhuǎn)化效率相對(duì)較高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于大型并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目，當(dāng)中又以對(duì)多晶硅電池組件的應(yīng)用最為普遍。

防雷接線箱即匯流箱，其主要功能是將太陽(yáng)能電池組件按照一定方式有序連接起來(lái)并實(shí)現(xiàn)防雷功能。匯流箱作為整個(gè)光伏發(fā)電場(chǎng)中最為重要的接線裝置之一，能夠確保整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)在后期維護(hù)檢查中以最為簡(jiǎn)便的方法對(duì)電路進(jìn)行分離，同時(shí)也可在光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行故障的情況下最大限度的縮小停電影響范圍。

直流配電柜多安裝于光伏發(fā)電場(chǎng)方陣場(chǎng)輸出匯總點(diǎn)位置，即若干臺(tái)防雷接線箱與并網(wǎng)逆變器之間的直流開(kāi)關(guān)設(shè)備。直流配電柜是光伏并網(wǎng)電站直流側(cè)的二次匯流設(shè)備。

并網(wǎng)逆變器也可稱之為靜態(tài)功率變換器，可將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以供配電網(wǎng)應(yīng)用。該裝置兼顧控制、保護(hù)、以及濾波功能。在我國(guó)當(dāng)前大型并網(wǎng)光伏發(fā)電場(chǎng)系統(tǒng)中，對(duì)并網(wǎng)逆變器的選型多≥100kW。并網(wǎng)逆變器常見(jiàn)功率等級(jí)包括100kW、150kW、500kW、630kW、以及1MW等。一般情況下，并網(wǎng)逆變器交流輸出端同步配置有隔離變壓器裝置。

2 電氣設(shè)備選型實(shí)例

結(jié)合x(chóng)x地區(qū)10MWp光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)例，對(duì)光伏發(fā)電場(chǎng)電氣設(shè)備的選型過(guò)程進(jìn)行分析：結(jié)合××地區(qū)實(shí)際情況（包括對(duì)工程地質(zhì)條件的調(diào)查以及對(duì)××地區(qū)氣象資料的分析），確定本實(shí)例中光伏組件方陣子場(chǎng)容量為240Wp。其中，1MWp多晶硅方陣子場(chǎng)布置240Wp晶硅電池組件（共配置4180塊），以20塊/組為單位構(gòu)成209組電池串，本工程選用16路輸入型匯流箱。

光伏發(fā)電場(chǎng)中，直流配電柜多選型為8路輸入型，該設(shè)備選型條件下1MWp多晶硅方陣子場(chǎng)每7個(gè)防雷接線箱接入箱式逆變站內(nèi)1臺(tái)直流配電柜中。即防雷接線箱*7＋直流柜*2。在分布式發(fā)電場(chǎng)內(nèi)，每個(gè)箱式逆變站內(nèi)部均設(shè)置為2臺(tái)直流配電柜，即對(duì)于整個(gè)10MWp多晶硅方陣子場(chǎng)而言，共需配置20臺(tái)直流配電柜。具體選型及配置方案如表1所示。

表1 1MWp多晶硅組件方陣子場(chǎng)電氣設(shè)備配置選型示意表

光伏發(fā)電場(chǎng)項(xiàng)目整體共由10個(gè)1MWp光伏發(fā)電分系統(tǒng)構(gòu)成，每個(gè)1MWp光伏發(fā)電分系統(tǒng)經(jīng)2臺(tái)額定功率為500kW的逆變器由直流逆變?yōu)榻涣骱笤俳?jīng)箱式變壓器升壓，每1MWp光伏發(fā)電分系統(tǒng)設(shè)一個(gè)箱式逆變站（內(nèi)部配置有2臺(tái)500kW逆變器、1臺(tái)1MVA箱式變）。根據(jù)當(dāng)?shù)仉妷旱燃?jí)及接入系統(tǒng)距離確定箱式變升壓后電壓等級(jí)為35kV。在光伏發(fā)電場(chǎng)電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，電池板通過(guò)電纜串聯(lián)達(dá)到額定電壓取值，與防雷匯流箱進(jìn)行連接，匯流箱內(nèi)通過(guò)多回路并聯(lián)的方式滿足額定功率需求。多個(gè)匯流箱以并聯(lián)方式連接直流配電柜，經(jīng)過(guò)直流側(cè)二次回流處理后連接至逆變器，以此種方式轉(zhuǎn)化為交流電并直接接入配電網(wǎng)內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

光伏發(fā)電作為新時(shí)期最具應(yīng)用潛力的清潔型能源，如何在各行業(yè)領(lǐng)域中推廣應(yīng)用是值得相關(guān)人員高度重視的問(wèn)題之一。但結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況來(lái)看，隨著光伏電站項(xiàng)目建設(shè)、應(yīng)用的加速發(fā)展，個(gè)別地區(qū)并網(wǎng)送電的難度不斷凸顯出來(lái)。為彌補(bǔ)這一問(wèn)題，縮小國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電與國(guó)外先進(jìn)水平之間的差距，就必須做好對(duì)光伏發(fā)電場(chǎng)內(nèi)關(guān)鍵電氣設(shè)備的選型工作，以更好的適應(yīng)光伏發(fā)電場(chǎng)的功能需求，同時(shí)兼顧縮短投資回收期、降低資金需求的目的。

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