光伏发电站系统设计与应用

陈世明

摘 要：随着能源危机和环境问题的不断加剧，如何利用清洁能源成为关注的焦点。太阳能作为一种新能源以其环保、安全可靠，随处可以得到等优点受到人们的青睐。本文通过农业高新技术开发区的新建光伏发电站，整体介绍了太阳能光伏发电系统的类型及其构成。

关键词：光伏发电站系统；逆变器

1 工程概述

传统农业在农业经济体系中占主导地位，产业发展还处于一种较为落后的状态。打造国家农业高新技术开发区，对农业农村发展将起到带动、辐射和示范作用。本次设计内容为在高新技术开发区新建容量为200kW并网太阳能电站一座。

2 太阳能电站系统设计

2.1 工作原理

这一工作原理主要是指对太阳能源的转化，通过控制器能够加强电路以及用电的控制，同时，有利于保证多余电能的适应，对于太阳能电力使用过程，需要通过畜电池来实现能源的转换。

但在一定条件下，夜晚时期，太阳能系统可能会出现畜电池以及用电的控制，在太阳能系统电池出现问题时，也能够利用畜电池来进行控制，逆变器，交流配电柜、防雷系统、汇流箱、直流配电柜、环境监测系统、监控系统等设备组成。

2.2 系统设计

根据本工程的装机容量，将系统划分为几个单元，并将这几个单元的电量限制在20KW，将这些逆变器的电流与电网相结合。系统选用电池作为重要组件，并将这些组件的功率限制为250W，但工作电压则需要将其控制在37.8V。在这一项目进行过程中还要注意电压范围以及逆变器的电池串联情况，同时，对于每一天逆变器的电池组件还要进行配置太阳能电池组件并联的数量为Np=20000÷2500=8列。容量为200KW的并网单元，需配置80个电池串列，共计800块电7池零件。系统在配电过程中对于配电柜的选择也需要考虑到各单元的影响因素，除了逆变器的装置监测之外，还需要设置相应的监控来了解发电系统的变化。

2.3 蓄电池组的设计

系统当中的电池储备一般是通过铅酸蓄电池来进行，在计算蓄电池的容量过程中主要是采用以下公式：

Q≥KIT/？浊[1+？琢（t-25）]

公式当中的C表示为蓄电池容量[kWh]；

而字母D则用来表示日照时长：日照时间用电也要限制用量。对于蓄电池的修正系数在一般情况下限制在1.05；

Po：而对于蓄电池的平均负荷量则需要进行重新维修保养的值为0.8；

U：如果限制蓄电池的放电深度，则主要以0.5；

Ka：除了以上几个方面，还有逆变器在进行电流回路时的损失率主要取值为0.7，但如果出现特殊情况，则将逆变器的值设置为0.8。

本文对于蓄电池的容量计算公式为C=160×3×1.05/（0.7×0.5×0.8）

=1800KWh蓄电池配置负载按约160KW左右的计算：系统设计的参考连续阴雨天数为3天，根据电力情况，户用电压为220V，蓄电池电压选择为48V。

对于块单体的蓄电池用量需要采取串联的方式，总数为63组，电池容量则限制为37800Ah，即37800AH×48V=1814.4KWh。

2.4 电池板倾角的计算

在项目进行过程中还要重视其实用性的变化，而这一工程主要是采用电池方阵来进行。前后排之间间隔为2.5m。太阳能光伏阵列安装倾角为45°。

2.5 逆变器

在逆变器的设计过程中需要注重电压的变化，只有严格限制电压，才能使逆变器具有更好的负载能力，因此，考虑到当地的电压最大额度为220V，因此，就必须将逆变器调整为220V，这也是逆变器使用过程中的用户需求，能够适应用户需求变化。但逆变器在运行过程中也会出现冲击电流较大的情况，同时，还要注重负载能力，为最佳选择。

2.6 方阵支架

这一项目设计过程中主要是由250W的太阳电池组件组成，同时，还需要太阳电池。在这一过程当中，单板尺寸是重要核心，1640mm×990mm×50mm的尺寸为基础，对于方阵的架设倾角则为45°。方阵支架需要采用C25混凝土现浇，并设置地角螺栓，每一个基础为0.08m3（0.4×0.4×0.6）。

3 光伏方阵电气设计

太阳能发电系统利用系统控制，对太阳能进行转换，并通过建筑物来实现电网的负载使用，因此，在设置防逆流装置时，需要考虑到电流的外部高压电网，并利用开关来防止电流装置的运行，同时，也要尽量防止电流进入到电网当中的压力。

3.1 系统直流侧最高工作电压

在这一系统过程中，要注重电流以及电压的额定工作电压，同时，还要对系统的工作电压制定相应的限制，从而防止系统在工作过程中出现问题，以及逆变器直流侧最高电压。对于直流的输入需要控制在200V～510V范围内，并将电压控制在600V。

3.2 组件设计

在系统发电过程中，将其进行具体划分，同时，在发电单元以及电压配电柜的电压在一般情况下是接入0.4KV低压，经过0.4KV/10KV（200KVA）变压器升压装置，最终实现整个并网发电系统并入10KV中压交流电网。

逆变器输出为三相0.4KV电压。交流配电柜需要进行电流交换，同时，变压器在出现断路时，也要对每一台电表与电压进行监察，才能够更好的发出电流。

4 系统接入电网设计

由于整个系统需要并入10KV的交流电网，所以本系统需配置1套10KV升压站，该升压站主要包含10KV主变、10KV 开关柜、0.4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置。

系统配置10台并网逆变器的交流输出直接接入交流配电柜的0.4KV开关柜，经交流低压母线汇流后通过10KV主变接入高压的10KV开关柜，并入10KV中压交流电网，从而最终实现系统的并网发电功能。

5 接地及防雷

如果要稳定光伏发电系统运行，就需要采取防雷措施来保护系统器件，同时，还要考虑外在因素对系统设备的影响，本系统设有防雷接地系统。

在施工期进行基础建设的同时，用-40×4的扁钢可靠焊接，形成人工接地体，接地电阻范围限制在4欧姆以内，同时，还要为配电室放置避雷针，高度限制为15米之内，并将这一位置作为地线，方法能够根据以上来进行。所有的机柜要有良好的接地。

对于直流的保护措施，需要电池支架来与地进行良好的接触，并通过与电缆相连接，来为配电保护装置提供重要保证，通过设置多级保护装置有利于防止设备出现问题。

在采取保护措施的过程中，需要加强与用户之间的交流负载，从而最大程度上防止设备出现损坏，也能够进行电流汇总，因此，要重视防雷措施的交流。

6 光伏发电电能质量提升的主要对策

6.1 加大并网点短路容量

不断提升光伏发电站的电压，同时也要考虑电站的容量水平变化，主要原因在于这一方式有利于适应电压变化，同时，也能够使电压得到平衡。

6.2 电能控制装置

电网质量对于光伏发电系统至关重要，除了一般情况当中的APF、DSTATCCOM之外，同时，也能够利用SVC代替，这一装置也能够为光伏发电系统提供支持。

但就光伏发电系统本身而言，其主要是在发电过程中就能够使光伏源具备明显的优势，不仅能够进行调节，同时，也能够调节电能质量，采取多种措施来提升电能质量，这对于电能质量提升产生很大影响，同时，采取多种措施来控制光伏发电系统，也有利益解决光伏发电系统当中的问题，也能够更加确定。但需要不断改进电能质量，这也是光伏并网的主要特点，通过加强谐波控制，并将谐波与无功补偿相结合，能够实现电网质量的提升。

6.3 增加一定的调压设备

在系统运行过程中，要考虑到设备的调压性，通过将电力器与系统电路相关联，有利于实现系统电路的搭载，同时，也能够保证系统电路的工作效率。

这一装置主要是通过电容器来进行调谐，但同时，系统电路在进行调谐过程中也需要利用滤波电路来实现。这一装置能够最大程度上降低谐振特性，并使得谐波能够得以消除，这一功能主要是对电流的吸收作用，利用这一装置有利于最大保证系统运行效率，降低投资风险，维护系统的正常运作。

目前最为常见的则是利用无源滤波器来实现对谐波的抑制作用，这一系统有利于保证谐波的固定效率，但同时，使用滤波器也能够解决系统电路在谐振过程出现的问题，甚至会产生严重的后果，这对于系统运作而言是极为不利的，也是造成系统运行过程出现严重问题的因素。

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