光伏电站电气设备选择分析

国网江苏省电力有限公司常州供电分公司 黄立波 刘丽敏

1 光伏电站电气设备选择背景

随着社会不断发展，生产生活的电能需求量的猛增，而我国当前电力资源分布不均匀，许多偏远地区不具备集中式发电的条件，依靠架空线缆进行电力资源的远距离传输，此种方式不仅造成了电力资源的浪费，也越来越难以满足社会的快速发展。且传统的集中式发电无法根据外界电力负荷的变化而实时改变，合理供应，为克服用电负荷不能灵活切换而引起的电力运转成本增加，提高电力资源的利用率，多采用分布式光伏电站，且建设数量迅速攀升。

但目前我国光伏发电技术仍处于发展阶段，在光伏电站设计阶段，设计人员由于缺乏经验，未能充分掌握光伏电站设计、安装时要注意的陷阱，容易在光伏系统安装时出现纰漏，最终造成光伏电站设备运行故障[1]。此外，组成光伏发电站的电气设备部件均是精密度要求较高的材料，作业人员在设备及材料型号选择时，一旦存在失误或者是在备品备件存放时未履行监管职责，都会导致电气设备部件质量达不到要求，进而造成光伏电站设备故障的频繁发生。

为确保光伏电站的运行质量，相关部门必须加大光伏系统各设备部件的质量检查力度，避免次品的设备部件进入光伏现场，对未来生产造成故障隐患。在采用各设备组成零部件时，谨遵国家相关部门质量要求，对光伏组件、汇流箱、交直流逆变器、配电箱以及双向电表等关键电气设备进行功能测试，并出具相应的质量检测报告，后期，公司也可以根据使用记录，做好电气设备部件质量跟踪工作，与信用较佳的部件厂家建立永久合作关系。

2 光伏电站系统的构成及工作原理

光伏电站系统主要由光伏组件、汇流箱、交直流逆变器、配电箱、双向电表、监控控制系统、安装支架等组成[2]，其工作原理为：光伏电池采用串联或并联方式，以一定的角度在光伏支架上进行设计安装，组成光伏阵列，尽可能地吸收太阳量，并将太阳量转化为直流电，经汇流箱后进入逆变器，在逆变器中逆变为交流电后，输送到主电网中。双向电表可以对系统的实际发电、用电情况进行跟踪记录、显示储存等，实现输入主电网电力量的统计[3]。

3 光伏电站电气设备选择

3.1 光伏电池选型

目前市场上流行的光伏电池主要有两种，一是薄膜电池，该类电池价格便宜、成本低廉，环境适应性强，能够与多种建筑物及场景搭配使用，唯一的缺点是转化效率不高。另一种广泛应用的是晶硅电池，该技术在国内已经非常成熟，安全性好、热稳定性强、易于维护、寿命长，且能量转化率较高，因此占据了大部分的光伏电池市场[4]。

在环境温度正常情况下，晶硅电池工作功率输出在160～280W，从输出功率、用电成本等角度出发，目前选择较多的是280W 的多晶硅电池，280W多晶硅电池性能参数详见表1。此外，对于光伏电站而言，光伏电池安装支架的选取也至关重要，常见的光伏电池支架一般有固定式安装支架、倾斜单轴式、双轴式安装支架等。

表1 280W 多晶硅电池性能参数

倾斜单轴式形式的安装支架能够在实际工况中充分保障发电系统的安全可靠运行，但其支架安装所占空间较大，性价比总体较低。而双轴式形式的安装支架能够较好地对太阳能进行位置跟踪，但该类支架的建设成本高，维检修技术水平要求较高。固定式安装支架在实际安装过程中将倾斜的角度设置为固定值，因此能够一定程度上减少安装所占面积，易于维护管理。

3.2 光伏电池倾斜角度选择

分布式光伏电池支架的倾斜角度对于发电系统的发电效率影响不一。购置好安装支架后，还需要着重考虑光伏电池固定支架安装倾斜角度这一重要因素，只有这样，才能提高发电效率，进而保证发电系统的总发电量。不同支架倾斜角度太阳光照辐射量详见表2。

表2 不同支架倾斜角度太阳光照辐射量（单位：mJ/m2）

由表中可以看出，当光伏发电系统支架安装的倾斜角度为25°时，太阳光的能量达到最大值，全年每平方米太阳能能量高达6312MJ，能够较好地利用太阳光照能量。只有保证倾斜角度在合理范围内，才能提高发电效率，进而保证光伏电站的发电效率。

3.3 光伏电站滤波器选择

为提高光伏电站运行质量，保护光伏系统中各设备部件不受电磁干扰，需对光伏电站并网接入系统的滤波器进行设计，在光伏电站接入系统中，由于外界环境影响，辅助逆变器、开关电源工作频率等都会引起谐波电流，对光伏电站接入系统运行造成一定影响。据调查，滤波器大致包含L 型、LC 型和LCL 型三种，三者之间差异较大，各自具有不同特点，需要根据光伏发电现场的实际工况进行合理的选型。如果光伏电站接入系统的发电量较低，可以选择第一种滤波器或者第二种滤波器；如果光伏发电接入系统的发电量较高，则需要选择第三种滤波器。对于前两种滤波器而言，其采购价格较高且滤波效果不太理想，不利于整个光伏电站接入系统及主供电电网的平稳可靠运行。

3.4 光伏电站逆变器选择

逆变器是整个分布式光伏电站接入系统设计当中最为关键的备件，可以对不同电压进行逆变，提高电网需要的电压值，对于分布式光伏电站并网系统的电能质量有着至关重要的影响。对于逆变器部件的选用，需要统筹考虑其容量、工作电压、工作电流、谐波电流及输出功率等环节的技术要求，按照分布式光伏电站并网系统的实际情况进行逆变器的采买。

当逆变器遇见不并网故障时，经常发生在与电网未正确连接的情况下，主要排查方法为：排查交流开关是否闭合，若闭合，则查看连接逆变器输出口的线缆是否松动并采用数字式万用表对此处电压进行测量，若无松动但电压数值较小，几乎接近于0V，则说明此处线缆存在断点；若无松动且电压数值在110～220V 区间，说明此处线路无问题，则进行下一步排查，检查逆变器输出口与电网的连接处是否存在虚接或脱落现象。有电检查过程中，要穿戴好防护用品，切勿用手直接接触电线及端子排，避免触电现象发生。

为了充分保障分布式光伏电站的运行质量，提高作业效率，要合理选择分布式光伏电站电网接入点的电压，一般情况下，分布式光伏电站接入点额定电压范围是89%～115%。所以，需要通过交直流逆变器来对接入电网的电压进行相应调节及控制[5]。同时，根据分布式光伏发电系统在实际生活中的应用情况，电网的频率需要恒定在49.5～50.5Hz，运行过程中，一旦超出该频率区间，立即切换到逆变器运行模式。

3.5 主变压器选择

以西北某光伏电站为例，对主变压器选择进行说明。该项目基于11个村级电站用电总容量，对子方阵容量进行科学配置，由于该项目所处地域内地下有很多光缆及水沟，将该地段划分为分散的很多区域，为了较好适应于此地段不规则的地形，实现地形空间的利用最大化，避免电力资源浪费。所以，选用1.2MW、1.45MW、1.8MW、2.2MW 光伏电站子方阵。

考虑到逆变器的输出电压值较小，倘若光伏电站的矩阵选取的功率较高，导致升压变压器单侧工作电流过大，从而造成线路能量损失较大，增加了设备选型的难度，故不采用容量较高的子方阵，为保证系统的供电安全性，建议选择主变压器多个子系统的安装方案。子方阵容量及箱变分配表详见表3。

表3 子方阵容量及箱变分配表

为了充分保障光伏电站电气设备选型时的工作质量，避免人员麻痹大意造成的设备选型错误，还要积极落实生产责任制，明确各级工作人员的工作职责，利用上下级管理关系，形成万一设备选型或运输存储过程中发生事故，便可逐级汇报，逐一落实，并将具体的责任量化，追究到个人。从管理上加强对光伏电站电气设备选型的精准把控，严格保证每一步工作质量及工作进度，提高设备选型工作效率。

4 结语

本文首先介绍了光伏电站电气设备的选择背景，然后在分析光伏电站系统的构成及工作原理的基础上探讨了光伏电站系统光伏电池、光伏电站滤波器、光伏电站逆变器、主变压器等电气设备的选型，通过对主要设备的科学选型，大幅度降低了因电气设备部件质量达不到要求而造成光伏电站设备故障的发生频率。根本上保证分布式光伏电站总体运行质量，提高人们用电体验的同时也促进电力企业的健康发展。