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大型光伏电站系统设计
发布时间:2018-08-07 16:09     来自:网上资料     浏览次数:111 次
  【摘要】主要研究大型光伏电站系统设计思路,介绍了大型光伏电站设计总体方案,并对光伏发电组件与二次系统的设计方法进行了讨论。 
  能够直接和电网并网输送电能的光伏发电系统叫做并网型光伏电站,不向电网供电的叫离网型光伏电站。光伏电站可以带蓄电池和不带蓄电池等方式系统,带蓄电池的储能方式并网发电系统可调度性更强,能够根据需求接入或者退出电网,也可以用作电网故障时的备用电源,是一种清洁的可再生能源,研究大型光伏电站系统设计,对进一步提高光伏电站的效率和综合建设效益有着重要意义。 
  【关键词】光伏电站;并网;系统设计 

  一、总体方案 
  (一)光伏阵列运行方式 
  光伏组件的发电量主要和光伏阵列入射角有关,通过研究自动跟踪系统自动调整阵列的入射角度,可以更好的利用光照资源,提高发电效率。 
  跟踪系统有单轴和双轴之分,单轴跟踪系统可进一步分为平单轴和斜单轴,选择跟踪系统结构形式要综合考虑光伏电站所在区域气候条件,选择抗风性能强、维护方便、可靠稳定且性价比高的结构类型。相比之下,双轴跟踪系统的发电量最高,比固定支架多出36%,斜单轴方案增加发电量31%,平单轴发电量增加量为18%。然而双轴跟踪系统占用更大的面积,建设与维护成本高,稳定性较差。斜单轴系统的占地面积和双轴跟踪系统基本相当,但是发电量增加却很小,由于带倾角,建设与维护成本也偏高。平单轴跟踪支架的占地面积增加较小,但是发电量增加较显著,作为一种多点支撑方案,稳定性高于发电效率更高的其他两种形式,经过经济性论证,认为选用平单轴方案比较合理。 
  (二)电站直流系统 
  光伏并网电站是单元系统叠加形成的,对单元系统的优化是电站优化的基础措施。 
  1、光伏组件组串 
  光伏组件输出电压变化应该在逆变器输入电压范围之内,并且输出功率应该尽量接近逆变器的最大功率点(MPPT),从而增大系统效率。 
  2、辐照情况 
  根据太阳能辐射情况,确定并联光伏组串总功率和逆变器额定功率之间的比值,接近1:1比较理想。 
  3、最高输出电压 
  光伏组串的最大输出电压不能超过光伏组件电压范围的高限值。 
  (三)总图 
  1、功能分区和布局 
  为了提高光伏电站场地资源,将西、北侧光照条件相对不良区域作为发展用地,安装合适的支架,提高光照利用率,南面采用不同的支架,更好的利用资源。 
  2、方阵区和内部通道 
  光伏组件形成矩形光伏阵列,区块之间设置内部通道,以不遮挡和检修方便为宜。设计阶段要注意确保南北向阵列内所有组件都在相同轴线上,两列光伏之间的距离要确保冬至日跟踪系统-60°-+60°范围内,全部光伏组件的有效日照时间至少有6h,而整个阵列的方位角应该控制在0°。根据场地纬度和自然坡度计算系统东向西轴心距离,南北向轴心距离的确定要兼顾东西方向消防、检修以及电缆通道。为了提高电缆敷设的标准性,采用电缆沟的电缆敷设方式,将逆变器设置在方阵道路两旁位置,方便运输已检修,隔一行光伏组件布置一条东西向电缆支沟,用于放置汇流箱,南北向组件电缆从电池背板经镀锌钢管引入支沟接入汇流箱。南北向电缆支沟经过逆变器室下,垂直连通东西方向电缆支沟,尽量减少低压直流电缆和高压交流电缆之间的用量。 
  3、道路 
  光伏阵列为矩形阵列,内设内部通道,区域内有道路连通,形成环路。 
  4、排水 
  场地内如果有自然坡度,可充分利用其排水。 
  5、围栏 
  围墙工程有厂区和升压站围栏两部分,均设置2.0m铁艺围栏。 
  (四)高压部分 
  光伏电站主要设备包括断路器、隔离开关、接地刀闸、电压互感器、电流互感器、母线、避雷器等设备,将光伏区的电能汇总后经送电线路送至电网,除此之外,升压变压器系统、接线柜接线以及无功补偿装置SVG和电缆分接箱等设备也属于高压部分。例如30MWp地面光伏电站,1MW光伏发电单元可升至10kV/35kV,手拉手(π型连接)后汇集到一根高压线兰,到达高压室高压柜内,汇总后经送出线路送至对端变电站内,进而并网发电。 
  二、光伏发电组件 
  光伏发电组件主要由光伏阵列、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、箱变等设备组成。 
  (一)光伏系统 
  1、组串、阵列 
  光伏阵列是一系列光伏组件通过串并联组成的阵列,几个光伏组件串联成组串,根据昼间最低温度以及并网逆变器最大方阵开路电压确定串联组件数量。适宜光伏发电的区域往往光照强烈空气稀薄,最佳倾斜面条件符合光伏组件标准测试条件,瞬时照射强度超过1000w/m2,组件温度不超过25℃。光伏组件总容量需要根据场地实际工作条件确定,不能过大,避免逆变器出现过载停运的情况。为了方便后期运行维护工作,光伏阵列为20x2布局方案,呈南北向,240w组件每20个组成一个光伏串,组件之间的连线采用交叉跳线的方式,正负极在同一端出现,减小电缆总长度,为了降低组件串联导致的电压损失,保证汇流箱与直流柜进出线组件温度超过环境温度,光伏阵列的开路电压不能超过880v。除此之外,光伏组件的组串需要考虑组件的电流分档,要求相同组串内的组件峰值相同。 
  2、汇流箱、直流柜 
  汇流箱的核心功能是直流一次汇流,同时还有防雷、防反接等其他功能,由输入输出端子、熔断器、二极管、断路器、浪涌保护装置等元器件组成,主要有16进1出和8进1出两种型号。直流柜是汇流箱的上级设备,用于直流二次汇流。直流柜内有输入输出端子、输入断路器、电压电流表、断路器等元器件,要求输入断路器全部选择900v/200A规格,保护进线和内部设备。直流柜的7路输入中,6路是16进接线,另外1路是8路进线。
   3、逆变器、箱变 
  逆变器的作用是将直流电转换成交流电,同时具备过流和自动开关供能、防孤岛运行等,为系统正常运行及故障提供可靠保障。箱变是将逆变成的交流生至所需的高压,并为光伏厂区二次侧供电,箱变内分为高压室、变压器室和低压室等,是光伏重要设备。 
  (二)二次系统 
  1、整体方案 
  结合光伏电站的实际情况,二次系统应该选择无人值守、远程监控和集中监控的方式,节省运维需要的人力资源。但是集中控制对二次系统运行的稳定性和可靠性提出了更高的要求,远程监控要具有所有现场监控具备的功能,而且设计方案应该在技术经济条件可行的情况下满足光伏电站自动化与冗余需求。 
  因此光伏电站应该选用智能型光伏汇流箱,在实现汇流功能同时还能够对组件串电流、电压、防雷和短路设备的运行状态实施监控,并具有直流保护和逆流保护功能,借助通信接口能够方便的上传采集到的状态数据。逆变器柜同时还有过流保护功能,监测直流电流与母线电压,就地显示相关监控信息或者通过通信接口上传,是整个光伏矩阵的核心设备,为了提高逆变器柜的可靠性,可在设备内配置母线绝缘监测元件,实时了解设备绝缘与接地情况。 
  2、保护与自动化系统 
  采用箱式变压器,在变压器高压侧安装负荷开关与插入式全范围熔断器,提供过负荷保护与短路保护,变压器内设置压力释放保护,低压侧安装对应低压断路器,避免箱变过电流、过电压。 
  逆变器同样需要配置必要的过电压、过电流、过电频保护,同时额外增加防孤岛效应保护以及低电压穿越和有功功率控制功能。过电频保护可集成在母线侧,但是两种方案孰优孰劣尚有争议。 
  3、二次系统电源 
  汇流箱、环境监测、通信等系统功能都依赖外部电源,逆变器可由光伏系统供电。选择在线不间断交流电作为独立供电电源,并且设置UPS蓄电池,事故停电之后可供电2h,根据负荷需求选择合适的UPS自用电系统,通过通信接口连接到通信测控屏,上传设备信息。 
  4、辅助系统 
  光伏电站场地往往比较偏远,无人值班,所以有必要在光伏电站设置必要的视频监控系统和安全防护系统,使用摄像仪、红外探头以及电子围栏对光伏电站站内设备进行监控,记录场区侵入情况,为事后分析提供必要的监控资料。 
  结语 
  现阶段,光伏电站发电成本仍然高于传统发电形式,所以国内大规模光伏电站建设工作相对滞后,容量偏小,但是随着光伏发电技术、设备、工艺的发展和成熟,光伏发电成本将逐渐下降,发电效率逐渐提高,光伏发电将在国家电力供应中占据越来越大的份额。

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