淺談光伏電站的子站及接線方案設(shè)計

李才安

摘要：近年來光伏發(fā)電一直是國家大力推廣的一種新能源;目前也已有很多光伏電站建成運(yùn)行。本文以延安市某1.2MW光伏扶貧發(fā)電項(xiàng)目為實(shí)例，著重介紹了光伏子站及接線方案的設(shè)計。

關(guān)鍵字：光伏發(fā)電，光伏子站，接線方案

一 光伏電站工程設(shè)計

（一）工程概況

該1.2MWp光伏發(fā)電站位于陜西省延安市寶塔區(qū)，本工程采用“農(nóng)林光互補(bǔ)”方式建設(shè)容量為1.2MWp光伏發(fā)電站，電站占用荒地約27.7畝。本工程共建一座升壓站，升壓站以1回10kV架空線路T接到附近10kV公共架空線路并網(wǎng)。

經(jīng)對比，本工程擬選用多晶硅光伏板并采用豎向固定方式布置。

（二）光伏子方陣設(shè)計

1.2MWp光伏發(fā)電分系統(tǒng)由2個600kWp光伏發(fā)電單元系統(tǒng)組成;每個600kWp光伏發(fā)電單元系統(tǒng)主要由1個600kWp太陽電池方陣和1臺500kW光伏并網(wǎng)逆變器組成;項(xiàng)目共2個600kWp光伏發(fā)電單元系統(tǒng)。在1個光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中，600kWp太陽電池組件經(jīng)并聯(lián)后發(fā)出的直流電經(jīng)匯流箱匯流至各自相應(yīng)的直流防雷配電柜，再接入逆變器直流側(cè)，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)變成交流電。

每2個光伏發(fā)電單元系統(tǒng)中的2臺逆變器輸出的交流電由1臺1250kVA升壓變壓器將電壓從270V升至10.5kV，2個光伏發(fā)電分系統(tǒng)并聯(lián)后，經(jīng)一回10kV線路T接到附近10kV公共電網(wǎng)架空線路。

光伏電池方陣由光伏電池組件經(jīng)串聯(lián)、并聯(lián)組成，一個光伏電池方陣即為一個光伏發(fā)電單元系統(tǒng)，包括1臺逆變器與對應(yīng)的n組光伏電池組串、直流連接電纜等。

光伏電池組件串聯(lián)的數(shù)量由并網(wǎng)逆變器的最高輸入電壓和最低工作電壓，以及光伏電池組件允許的最大系統(tǒng)電壓所確定，串聯(lián)后稱為光伏電池組串;光伏電池組串并聯(lián)的數(shù)量由逆變器的額定容量確定。

本工程1個1.2MWp太陽電池矩陣，全部采用單一的多晶硅太陽電池組件。每臺逆變器對應(yīng)的光伏電池組件串、并聯(lián)數(shù)量如下：

（1）光伏電池組件串聯(lián)的數(shù)量及輸出電壓驗(yàn)算：

在不考慮光伏電池組件工作溫度修正系數(shù)影響的情況下，該矩陣光伏電池組件在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下（光照1000W/m2、工作溫度為25℃），允許的最大串聯(lián)數(shù)（Smax）及最小串聯(lián)數(shù)（Smin）分別為：

Smax=Udcmax/Voc=1000/38.24=26（塊）

Smin=Udcmin/Vm =450/29.9=15（塊）

考慮了光伏電池組件工作溫度修正系數(shù)影響的情況下，該矩陣光伏電池組串的最高輸出電壓（Vmax）及最低輸出電壓（Vmin）驗(yàn)算如下：

Vmax=（15～26）×38.24+（15～16）×38.24×（25+29.9）×0.34%=679.7～1108.44V

Vmin=（15～26）×29.9-（15～26）×29.9×（38.24-25）×0.34%=352.07～610.25V

進(jìn)一步的溫度系數(shù)修正驗(yàn)算表明，該矩陣組件的串聯(lián)數(shù)選用22為最佳，即：

Vmax=22×38.24+22×38.24×（25+29.9）×0.34%=848.42V

Vmin=22×29.9-22×29.9×（38.24-25）×0.34%=628.19V

故矩陣組件的串聯(lián)數(shù)為22塊。

該矩陣組件的串聯(lián)數(shù)在22塊時，其輸出電壓范圍小于逆變器的最高輸入電壓1000V、小于電池組件的最大系統(tǒng)電壓1000V，大于逆變器最低輸入電壓450V。

（2）光伏電池組串的并聯(lián)路數(shù)N的計算：

按上述最佳光伏電池組件串聯(lián)數(shù)計算，每一路組件串聯(lián)的額定功率容量P1=單塊電池板的容量×22。對應(yīng)于不同容量的逆變器內(nèi)的額定功率P2計算，需要并聯(lián)的最多回路數(shù)N1=P2/P1。

每塊電池的短路電流I 1，不同逆變器允許的最大輸入電流 I 2，對應(yīng)于不同容量的逆變器內(nèi)的最大輸入電流計算，需要并聯(lián)的最多回路數(shù)N2=I 2/ I 1。

取N1和N2兩者之間的較小數(shù)，即為最大并聯(lián)串?dāng)?shù)N。

通過計算分析

1）本工程1.2MWp多晶硅電池組件的串、并聯(lián)數(shù)量如下：

組件串聯(lián)數(shù)量：22塊

即：22塊265Wp多晶硅太陽電池組件組成1個組串（1路）

組串并聯(lián)數(shù)量：206路

即：206路多晶硅太陽電池組件串組成1個1.2MWp多晶硅太陽電池矩陣（1個發(fā)電分系統(tǒng)）

根據(jù)對1.2MWp多晶硅太陽電池矩陣的組件串聯(lián)數(shù)量及組串并聯(lián)數(shù)量設(shè)計計算，1.2MWp多晶硅太陽電池矩陣的組件數(shù)量及發(fā)電容量如下：

265Wp多晶硅太陽電池組件數(shù)量：4532塊

發(fā)電容量：1.2MWp（標(biāo)稱容量為1MW）

（三）方陣接線方案

1.2MWp直流發(fā)電系統(tǒng)中，多晶硅太陽能電池組件數(shù)量為4532塊，每塊265Wp;匯流箱14個;直流防雷配電柜2個;500kW逆變器2個;1250kVA的油式分裂升壓變1臺。

直流系統(tǒng)主要設(shè)備安裝方式：匯流箱可直接安裝在電池組件支架上，戶外壁掛式安裝，防水、防銹、防曬，滿足室外安裝使用要求;直流防雷配電柜、逆變器、油浸式分裂升壓變均安裝在室外。

逆變器和10kV出線柜放置在逆變升壓配電室，逆變升壓配電室布置于1.2MWp光伏發(fā)電分系統(tǒng)中，便于直流電纜引接，節(jié)省電纜，降低電壓損失。

（四）電氣主接線

1.2MWp光伏發(fā)電系統(tǒng)通過1回10kV架空線路T接到附近10kV公共電網(wǎng)架空線路。

10kV線路采用單母線接線形式。

220/380V所用電接線：采用單母線接線方式。開關(guān)站的所用電電源一路引自市政380V電源。

二 結(jié)語

本文通過1.2MWp光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計，著重介紹了光伏子站及接線方案的計算方法及設(shè)計，以供同行設(shè)計參考，共同提高設(shè)計水平。

參考文獻(xiàn)

【1】GB50797-2012 光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范.北京，中國計劃出版社，2012-11-01

【2】趙杰.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究[D].天津大學(xué);2012年

【3】王文響.20MWP光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2015年

【4】智騰飛.峰值30兆瓦光伏電站發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計[D].杭州：浙江大學(xué)，2011年

【5】西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊第一冊（電氣一次部分）[M]北京：中國電力出版社，1989年