变电站光伏并网发电系统设计要点研究

任伟平

摘 要：太阳能发电是利用光伏组件的光生伏特效应，将太阳能直接转换为电能的系统。

关键词：变电站;光伏并网;发电系统;电气设计

引言：电力是最为清洁，高效的能源形式，效率高于其他能源3-5倍。到“十四五”末。以新能源为主体的可再生能源发电装机占我国总电力装机的比例将超过50%，以新能源为主体的可再生能源新增发电量在全社会用电量增量中的比重将达到三分之二，在一次能源消费增量中的比重將达到50%。我国的新能源装机容量不断增大，风电太阳能电站装机不断增大，因此良好的设计可以使得电站的收益率达到良好的发电效果，增加投资回报率。本文以光伏电站的设计为研究，主要研究了光伏电站的设计要点。

一、发电系统构成

太阳能发电是利用光伏组件的光生伏特效应，将太阳能直接转换为电能的系统。与传统的火力发电系统相比，太阳能属于清洁能源，不排放二氧化碳等诸多优点。简单的光伏发电系统，包含光伏组件，支架，汇流箱，逆变器，开关站，以及升压设备。由于光伏组件发出的电是直流电，还需要逆变器将直流电逆变为交流电，并入电网，才可以将电力源源不断的将电能送向千家万户。

二、太阳能电池组件方阵系统设计要点

1.太阳能电池的主要类型

太阳能电池主要分为以下几类：单晶硅电池、多晶硅电池、类硅电池、碲化镉电池、，另外，在科学研究的过程中，还有很多太阳能电池，比如纳米钛敏感电池，多晶硅薄膜和有机太阳能电池。我国普遍采用单晶硅以及多晶硅电池作为发电原件。当前，光伏电站普遍采用单晶硅电池以及多晶硅电池，且功率不断增大，目前功率以达到500多瓦，功率大的组件节省了支架以及电缆的成本，所以大功率组件的应用是目前光伏电站建设的主要趋势。

2.太阳能光伏组件方阵设计

光伏组件阵列的设计尤为重要，因为光伏组件是吸收光能的设备，良好的组件倾角能更好的发挥光伏组件的发电效率，一般根据当地的光照气象条件进行合理的角度设计。我们一般设计22块光伏组件进行串联，这样增加了系统的直流电压，提高了效率。光伏组件经过串联后再经过汇流箱进行并联，经过汇流箱送往逆变器，逆变器将直流电逆变为交流后，经升压变压器升压，然后汇入国家电网。

三、光伏并网逆变器研究

1.光伏逆变器研究现状

逆变器分为集中式逆变器和组串式逆变器，集中式逆变器的光伏逆变方式是将很多并行的光伏组串连到同一台集中逆变器的直流输入端，做最大功率峰值跟踪以后，再经过逆变后并入电网。集中式逆变器单体容量通常在 500kW 以上，单体功率高，成本低，电网调节性好，但要求光伏组串之间要有很好的匹配，一旦出现多云、部分遮阴或单个组串故障，将影响整个光伏系统的效率和电产能。集中式逆变器最大功率跟踪电压范围较窄，组件配置灵活性较低，发电时间短，需要专用的具备通风散热的专用机房，主要适用于光照均匀的集中性地面大型光伏电站等。组串式逆变器是对几组（一般为 1-4 组）光伏组串进行单独的最大功率峰值跟踪，再经过逆变以后并入交流电网，一台组串式逆变器可以有多个最大功率峰值跟踪模块。组串式逆变器的单体容量一般在 100kW 以下，其优点是不同的最大功率峰值跟踪模块的组串间可以有电压和电流的不匹配，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，只会影响其对应的最大功率峰值跟踪模块少数几个组串发电量，对系统整体没有影响。逆变器最大功率跟踪电压范围宽，组件配置灵活，发电时间长;可直接安装在室外。相较于集中式逆变器，组串式逆变器价格略高，大量组串式逆变器并联时需要在技术上抑制谐振的发生，主要应用于分布式发电系统。

2.光伏并网逆变器的性能与特点

逆变器是光伏系统的重要组成器件，是直流电变为交流电的设备，集中式发电站普遍采用功率较大的逆变器作为发电单元，比如500KW，1000KW的大功率逆变器作为发电单元。逆变器采用智能化的控制模块，能根据调度调节各项电气指标，电压，电流，功率，频率等。为了使输出的电气更加稳定，逆变器还增加了滤波装置，交流滤波模块以及直流滤波模块。

3.光伏发电系统 MPPT 及逆变器控制综述

MPPT控制器的全称“最大功率点跟踪”太阳能控制器，一般在选择逆变器的时候，都要考虑逆变器是否具有此项功能。MPPT控制器能够实时侦测太能能组件的发电电压，并追踪最高电压电流值，使系统以最大功率输出光伏组件功率。在光伏发电系统中，逆变器利用控制方法实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，以提高系统整体效率。集中式逆变器在运行中，一般MPPT有1路，而在组串式逆变器中MPPT的可能有2路，甚至更多，从而增加了逆变器的效率。

四、光伏并网发电系统的实际效果

近年来，我国的新能源装机不断增大，在全国范围内建设了大量的光伏电站，这些光伏电站为我国电力提供了源源不断的电力，减少了二氧化碳的排放量。光伏电站的电力经过特高压将这些电力送到东部以及南方用电量大的地区，取得了良好的经济效益。

五、结束语

未来，在碳达峰碳中和的政策引领下，我国的电阳能发电站将会进行更大规模的开发建设。因此，良好的设计才能使光伏太阳能电站增加更大的发电量，提高光伏电站的效益，使企业提质增效，增加光伏电站的环境效益，社会效益以及经济效益。

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