分布式光伏电站设计中的电气设计技术探讨

分布式光伏电站设计中的电气设计技术探讨

姬国波

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司南京分公司

江苏南京 210000

摘要：随着环保意识的不断提高和对可再生能源的需求增长，分布式光伏电站已经成为一个越来越受欢迎的选择。在设计分布式光伏电站时，电气设计是一个至关重要的环节。本文针对分布式光伏电站的电气设计技术进行探讨，包括电网接入、逆变器选择、电缆选型、保护设备设计等方面。在此基础上，本文提出了一些优化建议，以提高分布式光伏电站的性能和可靠性。

关键词：分布式光伏电站；电气设计；电网接入；逆变器；电缆；保护设备

引言

近年来，环境问题日益突出，人们对可再生能源的需求越来越高。分布式光伏电站由于其环保、安全、可靠等优点，被广泛运用。在设计分布式光伏电站时，电气设计是一个至关重要的环节。电气设计的好坏直接影响分布式光伏电站的性能和可靠性。

1电气系统的设计

电气系统是分布式光伏电站的重要组成部分，它包括直流侧、交流侧以及控制系统等部分。在电气系统的设计中，需要考虑到电压、电流、功率等参数的控制和分配。

1.1直流侧的设计

分布式光伏电站的直流侧主要包括光伏组件、直流配电箱、直流电缆等组成部分。在设计直流侧时，需要考虑到电压的匹配以及直流系统的安全性。首先，需要确保光伏组件的输出电压能够与逆变器的输入电压匹配，以确保电能的有效转换。同时，为了降低损耗，需要选择合适的直流电缆，尽可能减少电缆的长度和电阻。其次，直流系统的安全性也是设计的重要考虑因素。需要设置直流配电箱和保险丝等保护装置，以避免过电压和过电流等意外情况的发生。

1.2交流侧的设计

分布式光伏电站的交流侧主要包括逆变器、交流配电箱、交流电缆等组成部分。在设计交流侧时，需要考虑到交流电压和频率的控制以及电能的分配和调节。逆变器是分布式光伏电站中最关键的设备之一，其作用是将直流电能转换为交流电能。在选择逆变器时，需要考虑到其转换效率、输出电压和频率等参数。同时，为了确保逆变器在运行过程中的安全稳定，需要设置过载保护、过温保护等保护装置。交流配电箱是分布式光伏电站的重要组成部分，其作用是将逆变器输出的电能分配给不同的用电设备。在设计交流配电箱时，需要考虑到各个分支线路的负载平衡以及电能的调节和控制。

2电网接入需要注意的问题

2.1电压等级

分布式光伏电站通常采用低压接入方式，因为低压线路建设成本低、维护方便。但对于容量较大的分布式光伏电站，如果采用低压接入，线路电阻会增大，损耗也会增加。因此，对于容量较大的分布式光伏电站，应该考虑采用中压接入方式。

2.2并网方式

分布式光伏电站与电网的并网方式有两种：直接并网和间接并网。直接并网是指将分布式光伏电站通过电缆直接与电网相连接，适用于电网稳定、可靠的地区。间接并网是指通过变压器将分布式光伏电站与电网连接起来，在电网质量差且电压波动幅度较大的地方较为常用。

2.3保护措施

分布式光伏电站与电网的连接需要考虑保护措施。在电网不稳定、质量不佳的时候，分布式光伏电站应具备断开电网的自保护措施。此外，还应考虑电气保护、过电压保护等措施，确保分布式光伏电站运行时的安全稳定。

3逆变器选择

逆变器是分布式光伏电站中最关键的设备之一，其转换效率、稳定性和安全性对电站的运行效率和质量安全有着重要的影响。在选择逆变器时，需要考虑到以下几个方面：

3.1转换效率

逆变器的转换效率是衡量其性能的重要指标，它决定了光伏电站的发电效率和经济性。一般来说，高效率的逆变器可以将更多的直流电能转换为交流电能，从而提高电站的发电量。

3.2逆变器容量

逆变器容量是指逆变器能够输出的最大功率。在选择逆变器时，应根据光伏电池板的输出功率确定逆变器容量。逆变器容量过大会浪费能源，而容量过小则会影响电站的发电能力。

3.3稳定性

逆变器的稳定性决定了光伏电站的运行稳定性和安全性。在选择逆变器时，需要考虑到其抗抗干扰能力、抗击电能力、防雷能力等方面的指标，以确保逆变器能够在恶劣的环境下稳定运行。

3.4逆变器的类型

逆变器按照其输出波形可分为两种类型：正弦波逆变器和非正弦波逆变器。正弦波逆变器输出的交流电波形与市电完全一致，其电能质量高、稳定性好，适用于对电能质量要求较高的场合，但价格较高。非正弦波逆变器输出的交流电波形有较大的畸变，电能质量相对较差，但价格较低。在选择逆变器时，需要根据实际情况选择不同的类型，平衡其价格和性能。

4电缆选型

电缆选型是分布式光伏电站电气设计中的一个重要环节。正确的电缆选型能够提高电站的性能和可靠性。以下是一些需要注意的问题：

4.1电缆长度

电缆长度是指分布式光伏电站与电网之间的距离。电缆的长度越长，电缆的电阻就越大，电缆损耗也就越大。因此，在选择电缆时，应根据电站与电网的距离，合理选择电缆长度。

4.2电缆截面积

电缆截面积是指电缆的横截面积，通常用平方毫米表示。电缆截面积越大，电缆的导电能力就越强，电缆的电阻也就越小。因此，在选择电缆时，应根据电站的负载电流和电缆的长度，选择合适的电缆截面积。

4.3电缆材质

电缆材质是指电缆的导体和绝缘材料的材质。常见的导体材质有铜和铝，绝缘材料有聚氯乙烯（PVC）、交联聚乙烯（XLPE）等。不同的材质有不同的特点和优缺点，应根据具体情况进行选择。

5电力质量管理

5.1电力质量监测

电力质量是指电网中电压、频率、波形等参数的稳定程度。分布式光伏电站应该具备电力质量管理系统，保证电力质量的稳定和可靠。

5.2电力质量改善

电力质量改善是指通过采取措施，改善电力质量不佳的情况。常见的改善措施包括：安装滤波器、改善接地方式、提高电缆质量等。

5.3电力质量保证

电力质量保证是指通过管理措施，保证分布式光伏电站的电力质量稳定可靠。保证电力质量包括：定期检查设备、及时维修设备、加强人员培训等措施。

6光伏电站电气设计中技术难点分析

6.1 电气保护

光伏电站中的光伏组件和逆变器等设备都需要进行电气保护，以避免电压过高或电流过大等问题。因而，在分布式光伏电站设计中，设计人员需要注重以下几点电气保护设计：电气线路的设计中，最为常见的要属短路保护，当电器或是其中配线收到损坏时将产生短路故障，进而容易造成电流异常，烧断保险丝。另外，电气保护还存在于过载保护、失压保护、漏电保护器等条件下，都能够在运行过程中为突发事件起到防护作用，防止引发更大伤亡。

6.2电气接地

光伏电站的电气接地是电气设计中的一个重要问题，它涉及到光伏电站的安全性和运行稳定性，主要包含2种：安全接地和防雷接地。安全接地是将光伏电站中高压设备的外壳与大地连接，避免机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全。防雷接地一般在大型设备或是房屋高处设置避雷针与大地相连，避免在打雷情况下危及电气设备或是周围工作人员安全。正确的电气接地能够有效地减少雷电等自然灾害对光伏电站的影响，并提高光伏电站的接地电阻，确保电气安全。

6.3逆变器的噪声和电磁干扰

逆变器在运行过程中会产生一定的噪声和电磁干扰，对周围环境和设备会产生一定的影响。在设计逆变器时，需要考虑到其噪声和电磁干扰的问题，并采取相应的措施进行限制和防止。其中特别是电磁干扰问题，在设计上必须满足电磁干扰范围的控制，并且符合该光伏电站的使用需求。

总结

分布式光伏电站是未来光伏发电的主要发展方向之一，其电气设计是保证光伏电站正常运行和发电效益的关键因素之一。在电气设计中，需要考虑光伏组件、逆变器、电气保护、电气接地、逆变器的噪声和电磁干扰等问题。在未来的光伏电站电气设计中，需要继续加强研究和探讨，不断提高光伏电站的电气性能和安全性能，以推动分布式光伏电站的更快发展。

参考文献：

[1]俞炜.分布式光伏电站设计中的电气设计技术探讨[J].科技创新导报,2018,15(23):90+92.

[2]郭强.分布式光伏电站设计中几项关键电气设计技术[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2017,(10):160-161.

[3]周浩,姜姗.分布式光伏电站设计中几项关键电气设计技术[J].科技与企业,2015,(24):181.