集中式光伏电站电网接入系统的典型设计论述

张哲

【摘要】本文主要分析了集中式光伏电站光伏方阵设计、电力系统一次部分和二次部分设计，重点介绍了集中式光伏电站电网接入系统典型设计方案，其不仅可以实现电网建设与光伏发电的和谐、有序发展，而且还可以确保太阳能资源的合理开发，满足国家低碳经济发展需求。通过对电网接入系统典型设计进行研究，以期为集中式光伏电站发展提供可靠保障，创造出最大化的经济与社会效益。

【关键词】集中式光伏电站;电网接入系统;设计方案

1.集中式光伏电站光伏方阵设计

1.1逆变器的选择

在进行光伏方阵设计过程中，光伏并网逆变器主要涉及到集散式、集中式和组串式等3中。在集中式光伏电站中，一般会选择集中式光伏并网逆变器，且电流通过光伏并网逆变器升压变压器后可以并入高压电网。如今，在我国集中式光伏电站中，光伏并网逆变器常用的额定输出功率一般为250、500、630kW。从电站运行维护和安全角度出发，本次研究中选择的光伏并网逆变器单机容量为500kW，且具有相对比较成熟的技术指标。表1描述的是该光伏并网逆变器技术参数。

1.2光伏组件的选择

在集中式光伏电站中，常见的光伏组件类型有单晶硅光伏组件、多晶硅光伏组件和薄膜光伏组件等。因为在单体组件功率、组件功率密度、发电效率等指标方面，多晶硅光伏组件存在明显的技术优势，因此在集中式光伏电站中得到了广泛应用，尤其是270Wp多晶硅光伏组件，其不仅使用量较多，而且具有较高性价比。表1描述的是270Wp多晶硅光伏组件的技术参数。

1.3光伏方阵的设计

通常情况下，光伏方阵一般是指光伏组件以串、并联的方式组合而成，并且串联后的光伏组件，直流电压需要低于光伏并网逆变器直流侧所对应的额定输入电压。在光伏组件串、并联后，其总容量需要低于单台光伏并网逆变器所对应的最大允许功率。根据《光伏发电站设计规范》（GB 50797-2012），其要求光伏并网逆变器数量与光伏组件串、并联数要相匹配，以此来提高光伏方阵的设计水平。

2.电力系统设计

2.1电力系统一次部分设计

2.1.1接入点分析

对于集中式光伏电站而言，其接入点一般需要对周边规划情况及电网现状给予综合考虑，在当地已建线路输送能力符合光伏送出要求或负荷较高时，可以选择就近接入周边输电线路或接入周边变电站。

2.1.2接入电压等级分析

在对《光伏发电站设计规范》进行分析的基础上，按安装容量可以将光伏发电系统分类如下：（1）小型光伏发电系统，其一般是指安装容量≤1MWp;（2）中型光伏发电系统，其一般是指安装容量≤30MWp，且>1MWp;（3）大型光伏发电系统，其一般是指安装容量>30MWp。同时，结合国家电网公司颁布的《配电网规划设计技术导则》（Q/GDW 738-2012）制定了电源并网电压等级，具体如表3所示。因此，对集中式光伏电站而言，所选择的接入电压等级为35kV、66kV、110kV，并结合当地具体情况来给予相应调整。

2.1.3送出线路导线截面

由于集中式光伏电站具有相对较低的最大发电利用小时数，其一般会选择以单回线路接入电网。因此，在进行送出线路导线截面选择过程中，需要对长时间允许输送容量给予综合考虑，以确保该输送容量超过光伏电站最大出力，该阶段功率因数一般考虑0.98。此外，如果走廊资源较紧缺、送出线路较长且送出线路周边有变电站规划时，为了确保电网后续可以顺利接入，则需要适当放大部分导线截面。

2.1.4对光伏电站运行要求

（1）功率和电压。在集中式光伏电站正常停机、并网以及太阳能辐照度增长时，要求有功功率变化速率符合电力系统正常运行要求。同时，无功容量需要遵循分层分区基本平衡原则给予科学、合理的配置，进而符合检修备用要求;（2）电能质量。集中式光伏电站主要负责向电网发送电能和向当地交流负载提供电能的质量，这就要求其电压偏差、谐波、电压不平衡度、电压波动和闪变等满足相关规范和标准;（3）其他。为了确保集中式光伏电站可以顺利的接人电网，则需要满足低电压穿越要求，同时在低电压穿越时，需要为光伏电站提供动态无功支撑，以此来满足电网运行要求。

2.2电力系统二次部分设计

2.2.1调度自动化设计

集中式光伏电站需要按照要求配备电能量远方终端设备、调度数据网络接入设备、计算机监控系统以及二次系统安全防护设备等，同时要求符合电力二次系统设备技术要求。按电网调度自动化管理系统要求来确保远动信息采集范围，并按照规定要求接入信息量。通常情况下，集中式光伏电站调度管辖设备电源主要是由站内直流电源系统或不间断电源装置进行供电。

2.2.2继电保护设计

对于集中式光伏电站而言，其送出线路一般按照要求配置了光纤电流差动保护，并选择了专用光纤芯通道。同时，为了确保电网能够稳定、高效运行，需要将独立的防孤岛保护装置安装在光伏电站侧。

2.2.3通信设计

如果集中式光伏电站采用了110kV电压等级接入电网时，其要求调度端具备两路通信通道，并且涵盖了一路光缆通道。同时，电力系统与光伏电站直接连接的数据通信网、光纤传输设备等通信设备，需要与系统接入端设备具备相同的协议与接口。

2.2.4电能计量设计

在进行集中式光伏电站设计过程中，一般会选择在电网与光伏发电站的产权分界位置设置光伏电站电能计量点，并将计量关口的电量信息传输至电网调度机构。

3.集中式光伏电站电网接入系统的典型设计方案

3.1无功补偿装置

如果集中式光伏电站具有较大的装机容量时，且并入低于110 kV电压等级的光伏电站时，电站内的升压变压器、集电线路及外送线路均有可能出现无功损耗，此时需要按照光伏电站满发时升压变压器感性无功容量、集电线路和光伏电站外送线路感性无功容量的50%之和来对光伏电站配置无功容量进行配置。为了补偿升压变压器运行过程中所产生的无功损耗，则需要升压站降低线路的电压损失和功率损耗，并按照无功补偿原则来选择无功补偿设备类型。通常情况下，动態无功补偿装置（SVG）一般是在IGBT逆变器上引入了可控电流源型补偿装置，其可以避免谐振及谐波放大等问题的发生，具有稳定性与安全性好等优点，且可以提供从感性到容性的平滑、动态、连续、快速的无功功率补偿。

3.2短路电流计算

在进行短路电流计算过程中，其主要目的是降低短路电流对设备和电网产生的不利影响。通常情况下，按短路电流有效值来对隔离开关、断路器等高压设备的动、热稳定性进行校验，根据短路电流来对电气主接线、限流措施及电网运行方式进行计算。实际上，额定短路开断电流是隔离开关、断路器允许开断的最大短路电流，此时最好结合实际情况和高压设备标准参数来确定典型设计方案中不同等级接入电压所对应的额定短路开断电流，如表4所示。

3.3电网接入系统典型设计方案

集中式光伏发电系统一般是由多个1MW光伏发电单元组合而成的1路集电线路，并与35kV开关站或10kV开关站连接。同时，开关站由1-10路不等的集电线路组合而成，其中每路集电线路的开关站容量为1-100MW，容量为1-10MW。同时，电网接入系统需要结合光伏电站设备选型、总装机容量和当地电网特点来确定接入电压等级。

4.结束语

综上所述，对于集中式光伏电站而言，电网接入系统属于其中比较重要的组成部分，此时就需要在集中式光伏电站光伏方阵设计、电力系统设计的基础上，结合实际情况来进行无功补偿装置、短路电流计算，这样不仅可以使当前集中式光伏电站设计、建设阶段所存在的问题得到有效解决，而且还可以满足安全、可靠、绿色、清洁电力能源发展需求，进而更好的推动我国光伏行业的发展。

参考文献：

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[2]郝榕，陈昆灿.大型集中式光伏电站接入电网设计研究[J].国网技术学院学报，2016，19（3）：5-8..