大型集中式光伏电站并网设计要点研究

任利健

河北华电冀北新能源有限公司  河北省张家口市  075000

摘要：进入新时代，在社会快速发展下，人们的生活质量提高，对能源需求量增加。目前，据国家能源局公布的数据，2022年全国光伏发电累计并网容量为392.04GW，其中集中式光伏电站并网容量为234.42GW。从数据可知，光伏电站已经成为获取电能的重要途径之一，而集中式光伏电站必将成为未来的主流发展方向。在这样的背景下，要对大型集中式光伏电站并网的设计要点进行重点分析，只有这样才能不断提高光伏电站并网水平。文章以光伏电站并网的基本原理为基础，分析电力系统一次部分、二次部分的设计要点，并且举例对设计内容进行探讨。

关键词：集中式光伏电站；光伏并网；电气设计

引言

随着能源供给方式和结构转型，分布式光伏电站成为可持续发展能源的一个重要形式。电气设计是分布式光伏电站建设中至关重要的环节。对于电气设计而言，准确的技术分析和总结能够为分布式光伏电站的建设提供技术保障，提高发电能力和电网并网能力，降低建设成本和运行维护成本，为可持续能源的发展作出贡献。然而，目前分布式光伏电站的电气设计技术和系统构建技术仍存在诸多挑战和难点，如何有效降低发电成本、提高电网接入并网功率、保障电站安全运行等方面，这些问题都须要相关人员进行认真思考和深入研究。

1光伏电站概述

光伏电站主要是指通过太阳能用晶硅板、逆变器等特殊材料组成相应的发电体系，并连接电网将电力输送给电网的一种光伏发电系统。光伏电站在我国具有较大的支持力度，属于绿色电力开发能源项目，一般可以根据蓄电池来分为带蓄电池独立发电系统以及不带蓄电池并网发电系统。太阳能发电可以分为光热发电、光伏发电。目前，一般以太阳能光伏发电为主。而太阳能光伏发电系统主要包括蓄电池、光伏电池、交直流逆变器、控制器等元件。蓄电池主要用于电力储存；光伏电池主要用于转换光电；交直流逆变器主要用于转换交直电流，并尽可能地将所有电能输送至电网；控制器能够对系统全过程进行控制。在我国，太阳能资源处于丰富状态，可以充分运用太阳能来完成光伏发电。根据太阳能辐射量来对我国地区进行分类，一般可以分为五类：一类为最丰富地区，二类为较丰富地区，三类为中等类型地区，四类为较差地区，五类为最少地区。

2大型光伏电站电气设计要点分析

2.1接入电压等级

随着我国对光伏新能源的关注程度不断提高，已经对光伏电站设计进行了规范，《光伏发电站设计规范》（GB50797—2012）（以下简称《规范》）就是我国在法律法规层面，对光伏电站设计进行详细要求的一项重要标准。在《规范》内，对不同光伏电站系统进行了分类。大型光伏电站在并网的过程中，一般情况下电压等级会采用35kV、66kV或者110kV。如果接入电压等级存在偏差，光伏电站中的电能无法直接并网的，这不仅会对光伏电站的基础能源造成消耗，也会对电网系统造成损伤。在对电力系统一次部分进行设计的过程中，接入电压等级是最为主要的设计要点内容。在对接入电压等级进行设计的过程中，要充分考虑不同地区电网的电压等级及电网消纳能力。常规情况下，如果电源总容量在8kW以下，并网电压等级要控制在220V；如果电源总容量为8～400kW，并网电压等级要达到380V；如果电源总容量范围为0.4～6MW，并网电压等级要达到10kV。

2.2防雷接地设计

在大型光伏电站电气设计中，需要科学设计防雷接地系统，以此来保证系统的安全稳定性。在设计防雷系统时，需要以“共同防御、综合管理、多重防御”为依据，防止雷电损害相应设备。接地网主要由水平、封闭的方形接地网构成，同时也需要垂直接地极参与其中。在制作水平接地网时，一般以热浸锌扁钢为主要材料，并根据设计标准来明确相应尺寸。同时在垂直接地极中，热浸锌钢管、热浸锌角钢是主要材料，可以通过焊接方式来完成连接，尤其是水平接地网以及垂直接地极，能够保证相应参数的高质量以及可靠性。如果在接地极中，其接地电阻在掩埋时没有达到2.5m，可以将接地模块适当增加，以此来符合相应标准。在光伏组件中，需要按照相应顺序完成，首先边框串联，其次连接支架，将支架连接于两端，经支架接地网，并保障支架与接地网的连接可靠性。同时需要在检测区域将可断开接地电阻检测点设置其中，有关人员可以将专用接地线缆、抽头、地网充分运用其中，并连接逆变器、汇流箱等相应设备，进一步保障相应设备的连接可靠性。有关人员在埋设接地材料时，需要明确当地土壤实际情况，并选择合适的材料，同时科学分析防腐剂，以此来保障防腐剂的最佳应用效果。在大型光伏电站电气设计中，防腐剂可以选用热浸锌材料，一般用于水平接地网以及垂直接地极，主要是由于热浸过的锌材料能够生成具有抗氧化性能的锌合金，以此来达到防腐的目的。根据相应经验发现，腐蚀速度约0.1mm/年，同时也会增加一半的截面。在安装主要接地网时，必须在冻土下完成。这主要是由于土壤电阻率会因为是否结冰而发生变化，所以，需要保障地面电阻的稳定性。在建设完接地网后，需要测量土壤的两种状态，比如结冰、未结冰。若没有达到相应标准，可以通过深度钻探将接地电极或化学抑制剂放置其中，以此来符合相应标准。

2.3变压器设计

随着光伏发电技术的不断发展，分布式光伏电站越来越受到人们的关注。在分布式光伏电站的设计中，变压器起着至关重要的作用，设计合理的变压器能够有效地提高光伏电站的发电效率和电网连接的稳定性。分布式光伏电站是通过多个光伏组件将太阳能转换为电能，然后通过变压器进行电压升降后接入电网进行供电。变压器具有电压升降、电能传输、功率转换等功能，是将发电电压升高到电网运行电压或将电网运行电压降低到负载电压的必要设备。同时，变压器能够将交流电的电压和电流进行调整，以满足不同电力需求。温度控制。变压器的散热效果对于其发挥性能至关重要。在分布式光伏电站设计中，应根据光伏发电机组的功率、运行环境、负载情况等因素，选择合适的变压器型号和容量，并合理规划变压器的散热设置，以确保其正常工作。电流控制。在光伏发电过程中，由于其电压和电流的波动可能会对电网造成影响，因此须要通过变压器进行电流的调节，使光伏电站电流输出稳定。同时，变压器也能够实现电力传输效率的提升。

2.4锁相环

锁相环在电网电压同步应用比较广泛，主要包括过零点检测方式和q轴定向等两种锁相方式。检测获取过零点相角信号主要通过电网检测电压极性变化实现，一旦产生畸变，实际检测到的过零点不止一个，必须采取措施。基于q轴的定向锁相环要获取相应的锁相信号，必须调节两相旋转坐标系的q轴旋转频率形成输入频率。该方法简单，但发生不对称电压跌落时，两相同步旋转坐标系中产生的直流分量存在两倍频交流分量，锁相信号的准确性受到影响，甚至正确信号无法锁到。

结语

总之，光伏电站并网的基本原理是通过逆变器，将直流电转变为交流电。在对电力系统一次部分进行设计的过程中，接入电压等级、接入点、送出线路、导线截面及系统运行要求都是重要的设计内容。在电力系统二次部分设计中，继电保护、调度自动化、电能计量及通信设计是最为主要的设计内容。只有不断提高设计水平，才能为大型集中式光伏电站顺利并网提供技术支持。

参考文献

[1]乔丽丽.大型光伏电站电气设计与分析[J].黑龙江科学,2020,11(14):144-145.

[2]杜丽娟.大型光伏电站电气设计分析[J].百科论坛电子杂志,2020(13):1493-1494.