光伏电站电气一次设计

李鑫

摘要：随着全球经济的发展，全社会对能源的消耗量日益增加，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位，加大对清洁可再生能源的发展力度已成为现行国家节能减排目标的重要手段之一。在可再生新能源中，太阳能发电是一次性转换效率最高的能源，且使用简单、环保、经济。截至2020年底，我国太阳能光伏发电装机容量达到2.53×108kW，位居世界第一。预计我国“十四五”期间年新增装机容量将在70-90GW内，故太阳能光伏发电的未来市场和发展空间还很大。本文以光伏电站为基本研究对象，详细研究了光伏电站电气一次设计，并提出了合理的光伏电站电气一次主要接线设计，希望能给相关人士提供一些参考。

关键词：光伏电站;电气;一次;设计

1光伏电站

光伏电站，是指一种利用太阳光能、采用特殊材料诸如晶硅板、逆变器等电子元件组成的发电体系，与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统。其优点有：（1）无枯竭危险;（2）安全可靠，无噪声，无污染排放外，绝对干净（无公害）;（3）不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势;（4）无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电;（5）能源质量高;（6）建设周期短，获取能源花费的时间短。其缺点有：（1）照射的能量分布密度小，即要占用巨大面积;（2）获得的能源同四季、昼夜及阴晴等气象条件有关;（3）给电网带来波动性;（4）大量电力电子元件的接入，带来谐波污染，需要去谐波装置。

2光伏电站电气一次设计原则思路

电站设计应适应电力體制改革，贯彻国家有关方针政策、执行有关设计规程和规定;以审定的电力规划、电网规划、电厂输出规划为基础展开设计;设计方案要与电网总体规划相协调，做到技术先进，经济合理，并充分考虑电力系统中不确定因素的影响。

3光伏电站电气一次设计

3.1电气一次设备选型

3.1.1配电装置选择

在进行配电装置选择的过程中，应当考虑海拔高度和场地的污秽等级。在评估地理位置的要素时，要选用固定式的开关柜，固定式的开关柜和移动式的开关柜具有各自的优点。以固定式的开关柜为例，它的造价较低，修正方便，而且维护空间较大，但是更换频率较低。以移动式的开关柜为例，它的体积较小，重量很轻，而且外表美观，但是容易发生失灵等问题，增加维护人员的工作量。

3.1.2其他设备技术参数

开关柜的技术参数包括以下几个指标：额定电压、频率、电流、短路开断电流、短路关合电流、动稳定电流、热稳定电流和外壳防护等级。断路器的技术参数要综合考量如下指标：耐受电压、短路开断电流、短时耐受电流、峰值耐受电流等等。隔离开关要考量的技术参数包括：短时工频耐受电压、雷电冲击耐受电压、短时耐受电流、接地开关额定短路关合电流、峰值耐受电流等等。

3.2光伏电站主要接线设计

光伏电站接线设计中主要有升压站主接线设计、升压变接线设计以及光伏电站集电线路连接方式。

3.2.1升压站主接线设计

升压站主接线设计过程中，要注意两个关键点，即升压站的电压等级以及电力系统的位置。并据此选择出一种有效的连接方式，使其与升压站在系统中地位和作用相互适应，以保证电网的安全、可靠。

3.2.2升压变接线设计

在具体设计过程中，受逆变器容量大小的影响，需要将光伏组件与逆变器相互连接，使之成为最小发电单元。在具体设计过程中，主要有三种形式，即发电机与双绕组变压器之间的单元接线、发电机和双绕组变压器之间的扩大单元接线、发电机和双分裂绕组变压器之间的扩大单元接线。这三种接线设计形式中，发电机-双分裂绕组变压器扩大单元接线，不但可以减少相互间的电磁干扰及环流影响，还能有效的提高输电的质量，其是最为推荐的一种接线设计方式。

3.3集电线路一次系统设计

3.3.1确定集电线路的初步方案

在光伏阵列的选件上，可以选用容量为1000kVA的变压器，将逆变器的输出电压升到35kV，然后将电流汇流到开关站的母线。200MWp光伏阵列的每个分阵，都可以采用首尾串接的方式并入电线路。在箱变高压侧，应该设置高压负荷开关，避免一个方阵的分合对其他方阵的正常运行产生不利影响。

3.3.2对开关站进行电器计算

开关站一般布置在地势较为平缓的地段，如光线较少遮挡的山顶，这样可以减少土方量，便于线路的接入。在选择电气主接线时，应该分为低压站用电压和高压站用电压两级电压，经过两回集电线路汇集电能之后，将电能发送到开关站，然后再通过单回架空出线接入变电站。在系统中，主要可以采用单母线主接线方式，母线是由一次性建成的，在母线上面设有六面柜，分别是架空出线柜、电缆进线柜、无功补偿馈线柜、变压器出线柜和母线PT柜，这六个柜分别布置在母线的六面。在侧电容电流计算时，已经集电线路电缆总长度，按照集电线路侧电网单相接地的电容电流计算公式，可以得到Ic=0.1×UexL，带入数字计算，可以求出Ic的值。在选择消弧线圈和接地站用变容量时，需要计算消弧线圈的容量和接地站用变压器的容量。按照设计的手册，在计算容量之后应该采用站用接地变成套装置，布置在接地变及消弧线圈的间隔内。

3.4防雷接地设计

在光伏电站电气一次设计中，由于光伏电站工程所处地区年均雷暴日比较少，所以受到雷击破坏的概率比较低。在这种情况下，基本上不需要安装避雷针等避雷设施。但是光伏电站工程中，鉴于电池支架面积大、为钢特性，在具体使用过程中，非常容易受到感应雷的破坏。所以，在具体的设计过程中，必须要对电池支架进行可靠的焊接，以确保在遇到雷雨天气时，该支架能够通过接地网实现快速协防，不会对整个电网产生影响，从而切实保障整个电网系统的安全运行。此外，还可以将过电压保护器放置在汇流箱、交直流配电柜内，以有效减少感应雷电对电气设备的破坏，保护电网电气设备。

3.5光伏电站中性点接地设计

在针对中性点接地的具体设计过程中，要保证设计方式与和电压等级、过电压水平、保护配置等之间有一个密切的关系，使其作用于整个电力系统的运行，并保障电网系统在发生故障之后能够快速、准确地解决。在光伏电站中性点接地的具体设计过程中，主要包括大、小两种电流接地系统。这两种系统由于接地方式和运行特征不同，当大电流接地系统出现单相接地时，就会产生短路电流，对用户等正常用电产生重要的影响。而小电流接地系统出现单相接地时，由于产生接地电流不大，不会影响用户的正常用电。

4结束语

电气一次设计是光伏发电的关键组成部分，是光伏发电系统和电网有效结合的纽带。因此相关人员需要加大对光伏电站建设的重视，优化对电气系统的一次设计研究，不断提高光伏电站的利用率，提升光伏电站的电气水平，促进光伏电站的进一步发展，为我国绿色电力走上新的台阶提供帮助。

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