分布式光伏电站设计中的电气设计技术

贾云磊

摘要：随着经济技术的不断发展与进步，人们生活质量也随之提升，因此对于自然能源关注度也有所提高。在现代化电站的建设过程中，分布式光伏电站的出现是现代电站建设必经之路，分布式光伏电站的设计以及建设，涉及到多种类型的技术，具有一定的复杂性以及综合性，为了能够使分布式电站能够充分发挥其重要作用，就需要不断的加强对分布式光伏电站电气设计技术的研究，从而使现代化电站能够充分满足社会发展的需求。

关键词：分布式;光伏电站;电气设计技术

引言

现阶段，我国分布式光伏电站的电气设计技术较为成熟，优势相对突出，相对于传统发电站，分布式光伏电站的输出功率相对较小，一定程度上能够降低对于发电站经济效益的影响，同时与大型发电系统相比，分布式光伏发电系统的投资收益基本相同。另外，分布式光伏发电系统对环境造成的污染相对较小，一定程度上能够对环境进行保护。此发电系统在运行的过程中，噪音污染较小，不同于大型发电系统，分布式光伏发电系统对周围的水环境以及空气污染都相对较小。除此之外，分布式光伏发电系统还能够有效的解决土地紧张的情况，并且光伏式发电系统还能够保持发电与用电同时运行。

一、直流配电装置的设计

1.1 光伏直流防雷汇流箱

光伏防雷汇流箱多用于采用集中式光伏逆变器的分布式发电系统，汇流箱的设计主要考虑以下因素：1）汇流箱宜选用常用的规格：8路、12路及16路，具体应根据光伏方阵的布置情况确定。2）汇流箱应具有隔离短路故障功能。光伏组串应采用光伏专用直流熔断器保护;额定电压应不小于光伏组串在当地最低温度时的开路电压Voc。光伏组串采用的直流电缆载流量应不小于保护熔断器的额定电流。3）汇流箱出口侧应采用光伏专用直流断路器进行隔离。4）汇流箱应配置光伏专用防雷器，正负极均应具备防雷功能。5）汇流箱内应配有监测装置，可实时监测并上传每路电池组串的直流电流、输出总电流、母线电压及总输出功率，直流断路器位置或负荷开关的位置状态及故障状态、直流防雷器状态及电池组串异常报警等。

1.2 光伏直流防雷汇流柜

光伏直流防雷汇流柜多使用于采用集中式光伏逆变器且单台逆变器容量≥250kW的分布式发电系统，光伏直流防雷汇流柜的设计主要考虑以下因素：1）每台逆变器对应1台直流配电柜，每台直流配电柜配置若干个固定式光伏专用直流断路器;2）直流断路器额定电流按实际工程中汇流路数最多的汇流箱直流断路器或直流负荷开关额定电流选取。3）直流断路器的开关位置状态、故障状态均引至端子排，接入测控装置中。在有特殊要求时应具有测量母线电压、电流、输出功率、电能的功能。4）柜内应配置光伏专用防雷器，正负极均应具备防雷功能。

二、交流配电装置设计

交流配电装置设计原则：1）0.4kV配电装置应选用安装易操作、具有明显开断点、具备开断故障电流能力的交流配电设备。断路器可选用微型、塑壳式或框架式断路器，根据短路电流水平选择设备开断能力，并需留有一定裕度。当海拔高度在1000m以上需进行系数修正。2）10/35kV配电装置应选用易安装、易操作、可闭锁、具有明显开断点、带接地功能、可开断故障电流的开断设备。断路器可选用真空式断路器或SF6断路器，根据短路电流水平选择设备开断能力，并需留有一定裕度。当海拔高度在1000m以上需进行系数修正。

三、升压变压器设计

升压变压器多用于升压并网的分布式光伏发电工程，常用的有户内干式变压器、箱式变压器两大类。升压变压器的设计主要考虑以下因素：1）升压变压器选型原则：对于采用组串式光伏逆变器的升压并网分布式发电系统，升压变压器可选用双绕组升压变压器;对于采用集中式光伏逆变器的升压并网分布式发电系统，选择升压变压器时应根据所选用的光伏逆变器特点来确定，可分为双绕组干式升压变压器及双分裂绕组升压变压器。箱式变压器应能进行远程监控，应配置箱变测控装置，并具备智能接口，可与数据采集装置通讯。2）箱式变压器高压侧应装设负荷开关-限流熔断器组合电器作为短路保护，因光伏电站按“无人值守或少人值守”的原则进行设计，负荷开关应能进行电动操作;低压侧应装设低压断路器，并带有长延时、短延时、瞬时过电流等保护。3）变压器电压等级：升压变压器高压侧为10/35kV，低压侧电压等级应根据选用的光伏逆变器的出口电压来确定。4）短路电流水平：在具体工程设计时应根据相关条件进行短路电流计算，并根据短路电流计算结果进行设备选择及校验。5）变压器材质：为减少变压器自损耗，提高系统的可靠性，变压器绕组材料可采用铜芯材质。具体工程设计时可按实际情况确定。6）变压器冷却方式：分布式光伏发电工程变压器应具备自然空气冷却（AN） 和强迫空气冷却（AF）的冷却方式。7）绝缘水平：变压器的每一绕组绝缘水平满足相关标准的要求，如10kV侧短时工频耐受电压35kV，0.4kV侧短时工频耐受电压3kV。

四、电缆选型及敷设

4.1 电缆选型

电缆选型时遵循的原则有：1）满足回路容量要求、降低电缆损耗、减少电缆用量、节约投资成本等。2）电缆额定电压应根据系统的接地方式确定。3）以直埋方式敷设的电缆宜选用铠装型电缆。根据当地水文及气象条件，必要时采用防水、防腐型或耐寒型电缆。 4）光伏發电系统直流部分选用的电缆的额定电压应为1000V。5）电缆导体允许最小截面的选择，应同时满足载流量和通过系统最大短路电流时热稳定的要求。6）电缆载流量的计算应考虑不同地温、不同土壤热阻系数和多根并行敷设时载流量校正系数。7）根据GB 50217及《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》对电缆选型的要求，光伏电站内电缆宜采用阻燃防火电缆。

4.2 电缆敷设

电缆敷设设计时遵循的原则：1）因地制宜，做到技术先进、经济合理、安全适用、便于施工和维护。2）根据分布式光伏发电工程的特点，电缆敷设方式可采用电缆沟、电缆桥架、电缆竖井、直埋、穿管等，实际工程设计应充分考虑原有电缆通道，减少施工量。3）电缆采用直埋方式敷设时，电缆埋深应该根据当地土壤冻土深度和冻胀性确定，电缆路径应最短且尽量同路径以减少开挖量。

五、结语

从目前情况来看，光伏发电站属于最为先进的手段，具有节能减排的优势，可以对太阳能源进行有效的转换，从而满足社会对于电能源的需求。在此过程中，分布式光伏发电站系统具有较高的环保经济效益，能够有效将光能源进行转换，转换成点能源，从而确保人们日常生活用电。在系统设计过程中，技术人员应结合供电系统辐射范围、供应需求、经济投资、基础设施分布等条件，做好直流配电装置、交流配电装置、升压变压器及电缆等方面的电气设计，为光伏供电系统的稳定、高效、安全利用奠定基础。

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，2018（23）：90-92.

[2]GB50797-2012. 光伏发电站设计规范[S].

[3]GB50217-2018.电力工程电缆设计标准[S].

[4]孙俊青.分布式光伏电站设计中的关键电气设计技术[J].产业科技创新，2019（13）：37-38.