大型光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大型光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠直接和電網(wǎng)并網(wǎng)輸送電能的光伏發(fā)電系統(tǒng)叫做并網(wǎng)型光伏電站，不向電網(wǎng)供電的叫離網(wǎng)型光伏電站。光伏電站可以帶蓄電池和不帶蓄電池等方式系統(tǒng)，帶蓄電池的儲(chǔ)能方式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可調(diào)度性更強(qiáng)，能夠根據(jù)需求接入或者退出電網(wǎng)，也可以用作電網(wǎng)故障時(shí)的備用電源，是一種清潔的可再生能源，研究大型光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)進(jìn)一步提高光伏電站的效率和綜合建設(shè)效益有著重要意義。一、總體方案（一） 光伏陣列運(yùn)行方式光伏組件的發(fā)電量主要和光伏陣列入射角有關(guān)，通過研究自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整陣列的入射角度，可以更好的利用光照資源，提高發(fā)電效率。跟蹤系統(tǒng)有單軸和雙軸之分，單軸跟蹤系統(tǒng)可進(jìn)一步分為平單軸和斜單軸，選擇跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式要綜合考慮光伏電站所在區(qū)域氣候條件，選擇抗風(fēng)性能強(qiáng)、維護(hù)方便、可靠穩(wěn)定且性價(jià)比高的結(jié)構(gòu)類型。相比之下，雙軸跟蹤系統(tǒng)的發(fā)電量最高，比固定支架多出36%，斜單軸方案增加發(fā)電量31%，平單軸發(fā)電量增加量為18%。然而雙軸跟蹤系統(tǒng)占用更大的面積，建設(shè)與維護(hù)成本高，穩(wěn)定性較差。斜單軸系統(tǒng)的占地面積和雙軸跟蹤系統(tǒng)基本相當(dāng)，但是發(fā)電量增加卻很小，由于帶傾角，建設(shè)與維護(hù)成本也偏高。平單軸跟蹤支架的占地面積增加較小，但是發(fā)電量增加較顯著，作為一種多點(diǎn)支撐方案，穩(wěn)定性高于發(fā)電效率更高的其他兩種形式，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性論證，認(rèn)為選用平單軸方案比較合理。（二） 電站直流系統(tǒng)光伏并網(wǎng)電站是單元系統(tǒng)疊加形成的，對(duì)單元系統(tǒng)的優(yōu)化是電站優(yōu)化的基礎(chǔ)措施。1、光伏組件組串光伏組件輸出電壓變化應(yīng)該在逆變器輸入電壓范圍之內(nèi)，并且輸出功率應(yīng)該盡量接近逆變器的最大功率點(diǎn)（MPPT），從而增大系統(tǒng)效率。2、 輻照情況根據(jù)太陽能輻射情況，確定并聯(lián)光伏組串總功率和逆變器額定功率之間的比值，接近1：1比較理想。3、 最高輸出電壓光伏組串的最大輸出電壓不能超過光伏組件電壓范圍的高限值。（三）總圖1、 功能分區(qū)和布局為了提高光伏電站場(chǎng)地資源，將西、北側(cè)光照條件相對(duì)不良區(qū)域作為發(fā)展用地，安裝合適的支架，提高光照利用率，南面采用不同的支架，更好的利用資源。2、 方陣區(qū)和內(nèi)部通道光伏組件形成矩形光伏陣列，區(qū)塊之間設(shè)置內(nèi)部通道，以不遮擋和檢修方便為宜。設(shè)計(jì)階段要注意確保南北向陣列內(nèi)所有組件都在相同軸線上，兩列光伏之間的距離要確保冬至日跟蹤系統(tǒng)-60°-+60°范圍內(nèi)，全部光伏組件的有效日照時(shí)間至少有6h，而整個(gè)陣列的方位角應(yīng)該控制在0°。根據(jù)場(chǎng)地緯度和自然坡度計(jì)算系統(tǒng)東向西軸心距離，南北向軸心距離的確定要兼顧東西方向消防、檢修以及電纜通道。為了提高電纜敷設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)性，采用電纜溝的電纜敷設(shè)方式，將逆變器設(shè)置在方陣道路兩旁位置，方便運(yùn)輸已檢修，隔一行光伏組件布置一條東西向電纜支溝，用于放置匯流箱，南北向組件電纜從電池背板經(jīng)鍍鋅鋼管引入支溝接入?yún)R流箱。南北向電纜支溝經(jīng)過逆變器室下，垂直連通東西方向電纜支溝，盡量減少低壓直流電纜和高壓交流電纜之間的用量。3、 道路光伏陣列為矩形陣列，內(nèi)設(shè)內(nèi)部通道，區(qū)域內(nèi)有道路連通，形成環(huán)路。4、 排水場(chǎng)地內(nèi)如果有自然坡度，可充分利用其排水。5、 圍欄圍墻工程有廠區(qū)和升壓站圍欄兩部分，均設(shè)置2.0m鐵藝圍欄。（四）高壓部分光伏電站主要設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、電壓互感器、電流互感器、母線、避雷器等設(shè)備，將光伏區(qū)的電能匯總后經(jīng)送電線路送至電網(wǎng)，除此之外，升壓變壓器系統(tǒng)、接線柜接線以及無功補(bǔ)償裝置SVG和電纜分接箱等設(shè)備也屬于高壓部分。例如30MWp地面光伏電站，1MW光伏發(fā)電單元可升至10kV/35kV，手拉手（n型連接）后匯集到一根高壓線蘭，到達(dá)高壓室高壓柜內(nèi)，匯總后經(jīng)送出線路送至對(duì)端變電站內(nèi)，進(jìn)而并網(wǎng)發(fā)電。二、光伏發(fā)電組件光伏發(fā)電組件主要由光伏陣列、防雷匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、箱變等設(shè)備組成。（一）光伏系統(tǒng)1、組串、陣列光伏陣列是一系列光伏組件通過串并聯(lián)組成的陣列，幾個(gè)光伏組件串聯(lián)成組串，根據(jù)晝間最低溫度以及并網(wǎng)逆變器最大方陣開路電壓確定串聯(lián)組件數(shù)量。適宜光伏發(fā)電的區(qū)域往往光照強(qiáng)烈空氣稀薄，最佳傾斜面條件符合光伏組件標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件，瞬時(shí)照射強(qiáng)度超過1000w/m2,組件溫度不超過25C。。光伏組件總?cè)萘啃枰鶕?jù)場(chǎng)地實(shí)際工作條件確定，不能過大，避免逆變器出現(xiàn)過載停運(yùn)的情況。為了方便后期運(yùn)行維護(hù)工作，光伏陣列為20x2布局方案，呈南北向，240w組件每20個(gè)組成一個(gè)光伏串，組件之間的連線采用交叉跳線的方式，正負(fù)極在同一端出現(xiàn)，減小電纜總長(zhǎng)度，為了降低組件串聯(lián)導(dǎo)致的電壓損失，保證匯流箱與直流柜進(jìn)出線組件溫度超過環(huán)境溫度，光伏陣列的開路電壓不能超過880v。除此之外，光伏組件的組串需要考慮組件的電流分檔，要求相同組串內(nèi)的組件峰值相同。2、 匯流箱、直流柜匯流箱的核心功能是直流一次匯流，同時(shí)還有防雷、防反接等其他功能，由輸入輸出端子、熔斷器、二極管、斷路器、浪涌保護(hù)裝置等元器件組成，主要有16進(jìn)1出和8進(jìn)1出兩種型號(hào)。直流柜是匯流箱的上級(jí)設(shè)備，用于直流二次匯流。直流柜內(nèi)有輸入輸出端子、輸入斷路器、電壓電流表、斷路器等元器件，要求輸入斷路器全部選擇900V/200A規(guī)格，保護(hù)進(jìn)線和內(nèi)部設(shè)備。直流柜的7路輸入中，6路是16進(jìn)接線，另外1路是8路進(jìn)線。3、 逆變器、箱變逆變器的作用是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，同時(shí)具備過流和自動(dòng)開關(guān)供能、防孤島運(yùn)行等，為系統(tǒng)正常運(yùn)行及故障提供可靠保障。箱變是將逆變成的交流生至所需的高壓，并為光伏廠區(qū)二次側(cè)供電，箱變內(nèi)分為高壓室、變壓器室和低壓室等，是光伏重要設(shè)備。（二）二次系統(tǒng)1、 整體方案結(jié)合光伏電站的實(shí)際情況，二次系統(tǒng)應(yīng)該選擇無人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中監(jiān)控的方式，節(jié)省運(yùn)維需要的人力資源。但是集中控制對(duì)二次系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性提出了更高的要求，遠(yuǎn)程監(jiān)控要具有所有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控具備的功能，而且設(shè)計(jì)方案應(yīng)該在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件可行的情況下滿足光伏電站自動(dòng)化與冗余需求。因此光伏電站應(yīng)該選用智能型光伏匯流箱，在實(shí)現(xiàn)匯流功能同時(shí)還能夠?qū)M件串電流、電壓、防雷和短路設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)控，并具有直流保護(hù)和逆流保護(hù)功能，借助通信接口能夠方便的上傳采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)。逆變器柜同時(shí)還有過流保護(hù)功能，監(jiān)測(cè)直流電流與母線電壓，就地顯示相關(guān)監(jiān)控信息或者通過通信接口上傳，是整個(gè)光伏矩陣的核心設(shè)備，為了提高逆變器柜的可靠性，可在設(shè)備內(nèi)配置母線絕緣監(jiān)測(cè)元件，實(shí)時(shí)了解設(shè)備絕緣與接地情況。2、 保護(hù)與自動(dòng)化系統(tǒng)采用箱式變壓器，在變壓器高壓側(cè)安裝負(fù)荷開關(guān)與插入式全范圍熔斷器，提供過負(fù)荷保護(hù)與短路保護(hù)，變壓器內(nèi)設(shè)置壓力釋放保護(hù)，低壓側(cè)安裝對(duì)應(yīng)低壓斷路器，避免箱變過電流、過電壓。逆變器同樣需要配置必要的過電壓、過電流、過電頻保護(hù)，同時(shí)額外增加防孤島效應(yīng)保護(hù)以及低電壓穿越和有功功率控制功能。過電頻保護(hù)可集成在母線側(cè)，但是兩種方案孰優(yōu)孰劣尚有爭(zhēng)議。3、 二次系統(tǒng)電源匯流箱、環(huán)境監(jiān)測(cè)、通信等系統(tǒng)功能都依賴外部電源，逆變器可由光伏系統(tǒng)供電。選擇在線不間斷交流電作為獨(dú)立供電電源，并且設(shè)置UPS蓄電池，事故停電之后可供電2h，根據(jù)負(fù)荷需求選擇合適的UPS自用電系統(tǒng)，通過通信接口連接到通信測(cè)控屏，上傳設(shè)備信息。4、 輔助系統(tǒng)光伏電站場(chǎng)地往往比較偏遠(yuǎn)，無人值班，所以有必要在光伏電站設(shè)置必要的視頻監(jiān)控系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)，使用攝像儀、紅外探頭以及電子