浅谈光伏电站的子站及接线方案设计

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　　摘要：近年来光伏发电一直是国家大力推广的一种新能源;目前也已有很多光伏电站建成运行。本文以延安市某1.2MW光伏扶贫发电项目为实例，着重介绍了光伏子站及接线方案的设计。
　　关键字：光伏发电，光伏子站，接线方案
　　一 光伏电站工程设计
　　（一）工程概况
　　该1.2MWp光伏发电站位于陕西省延安市宝塔区，本工程采用“农林光互补”方式建设容量为1.2MWp光伏发电站，电站占用荒地约27.7亩。本工程共建一座升压站，升压站以1回10kV架空线路T接到附近10kV公共架空线路并网。
　　经对比，本工程拟选用多晶硅光伏板并采用竖向固定方式布置。
　　（二）光伏子方阵设计
　　1.2MWp光伏发电分系统由2个600kWp光伏发电单元系统组成;每个600kWp光伏发电单元系统主要由1个600kWp太阳电池方阵和1台500kW光伏并网逆变器组成;项目共2个600kWp光伏发电单元系统。在1个光伏发电单元系统中，600kWp太阳电池组件经并联后发出的直流电经汇流箱汇流至各自相应的直流防雷配电柜，再接入逆变器直流侧，通过逆变器将直流电转变成交流电。
　　每2个光伏发电单元系统中的2台逆变器输出的交流电由1台1250kVA升压变压器将电压从270V升至10.5kV，2个光伏发电分系统并联后，经一回10kV线路T接到附近10kV公共电网架空线路。
　　光伏电池方阵由光伏电池组件经串联、并联组成，一个光伏电池方阵即为一个光伏发电单元系统，包括1台逆变器与对应的n组光伏电池组串、直流连接电缆等。
　　光伏电池组件串联的数量由并网逆变器的最高输入电压和最低工作电压，以及光伏电池组件允许的最大系统电压所确定，串联后称为光伏电池组串;光伏电池组串并联的数量由逆变器的额定容量确定。
　　本工程1个1.2MWp太阳电池矩阵，全部采用单一的多晶硅太阳电池组件。每台逆变器对应的光伏电池组件串、并联数量如下：
　　（1）光伏电池组件串联的数量及输出电压验算：
　　在不考虑光伏电池组件工作温度修正系数影响的情况下，该矩阵光伏电池组件在标准测试条件下（光照1000W/m2、工作温度为25℃），允许的最大串联数（Smax）及最小串联数（Smin）分别为：
　　Smax=Udcmax/Voc=1000/38.24=26（块）
　　Smin=Udcmin/Vm =450/29.9=15（块）
　　考虑了光伏电池组件工作温度修正系数影响的情况下，该矩阵光伏电池组串的最高输出电压（Vmax）及最低输出电压（Vmin）验算如下：
　　Vmax=（15～26）×38.24+（15～16）×38.24×（25+29.9）×0.34%=679.7～1108.44V
　　Vmin=（15～26）×29.9-（15～26）×29.9×（38.24-25）×0.34%=352.07～610.25V
　　进一步的温度系数修正验算表明，该矩阵组件的串联数选用22为最佳，即：
　　Vmax=22×38.24+22×38.24×（25+29.9）×0.34%=848.42V
　　Vmin=22×29.9-22×29.9×（38.24-25）×0.34%=628.19V
　　故矩阵组件的串联数为22块。
　　该矩阵组件的串联数在22块时，其输出电压范围小于逆变器的最高输入电压1000V、小于电池组件的最大系统电压1000V，大于逆变器最低输入电压450V。
　　（2）光伏电池组串的并联路数N的计算：
　　按上述最佳光伏电池组件串联数计算，每一路组件串联的额定功率容量P1=单块电池板的容量×22。对应于不同容量的逆变器内的额定功率P2计算，需要并联的最多回路数N1=P2/P1。
　　每块电池的短路电流I 1，不同逆变器允许的最大输入电流 I 2，对应于不同容量的逆变器内的最大输入电流计算，需要并联的最多回路数N2=I 2/ I 1。
　　取N1和N2两者之间的较小数，即为最大并联串数N。
　　通过计算分析
　　1）本工程1.2MWp多晶硅电池组件的串、并联数量如下：
　　组件串联数量：22块
　　即：22块265Wp多晶硅太阳电池组件组成1个组串（1路）
　　组串并联数量：206路
　　即：206路多晶硅太阳电池组件串组成1个1.2MWp多晶硅太阳电池矩阵（1个发电分系统）
　　根据对1.2MWp多晶硅太阳电池矩阵的组件串联数量及组串并联数量设计计算，1.2MWp多晶硅太阳电池矩阵的组件数量及发电容量如下：
　　265Wp多晶硅太阳电池组件数量：4532块
　　发电容量：1.2MWp（标称容量为1MW）
　　（三）方阵接线方案
　　1.2MWp直流发电系统中，多晶硅太阳能电池组件数量为4532块，每块265Wp;汇流箱14个;直流防雷配电柜2个;500kW逆变器2个;1250kVA的油式分裂升压变1台。
　　直流系统主要设备安装方式：汇流箱可直接安装在电池组件支架上，户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求;直流防雷配电柜、逆变器、油浸式分裂升压变均安装在室外。
　　逆变器和10kV出线柜放置在逆变升压配电室，逆变升压配电室布置于1.2MWp光伏发电分系统中，便于直流电缆引接，节省电缆，降低电压损失。
　　（四）电气主接线
　　1.2MWp光伏发电系统通过1回10kV架空线路T接到附近10kV公共电网架空线路。
　　10kV线路采用单母线接线形式。
　　220/380V所用电接线：采用单母线接线方式。开关站的所用电电源一路引自市政380V電源。
　　二 结语
　　本文通过1.2MWp光伏发电系统的设计，着重介绍了光伏子站及接线方案的计算方法及设计，以供同行设计参考，共同提高设计水平。
　　参考文献
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　　【2】赵杰.光伏发电并网系统的相关技术研究[D].天津大学;2012年
　　【3】王文响.20MWP光伏发电系统设计与研究[D].昆明：昆明理工大学，2015年
　　【4】智腾飞.峰值30兆瓦光伏电站发电系统设计[D].杭州：浙江大学，2011年
　　【5】西北电力设计院.电力工程电气设计手册第一册（电气一次部分）[M]北京：中国电力出版社，1989年
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