光伏电站设计关键电气设计技术

　　经济发展格局的一体化、多元化转变，使得社会生产与人们生活需要的能源供应量大幅度提升。传统发电站对环境的破环性较强，在电力运输的过程中，能源损耗率较高。针对该种情况，光伏电站的建设进入高速发展时期，该种发电技术的有效应用，可以在一定程度上弥补传统能源供应形势的不足。现阶段，分布式光伏系统由于输出功率低、经济效益高、环境影响小等优势，被广泛的应用于城乡电力供应系统中，为光伏供电网络的全面铺设提供了有效的技术支持。

　　关键词：电缆选择；过电压保护；电气组件

　　分布式光伏电力系统既是新兴的发电模式，同时也属于一种高效利用太阳能的技术。在系统运行设计的过程中，应根据就近设置、合理调度的原则进程，在缓解远距离电能传输导致用电紧张状况的基础上，提升电力能源的整体利用质效。基于此，本文从分布式光伏运行系统的电气组件选择、汇流箱设计、光伏电缆选择、过电压保护装置设置等方面出发，对光伏电站关键电气技术的具体应用进行系统的探析。

　　1分布式光伏电力系统中电气组件的设计

　　光伏组件实质上是光伏系统运行的能源储备、供应组件，现阶段，按照使用形式的不同，可以分为晶硅与非晶硅两种组件。晶硅组件可以进一步细化为：单晶硅与多晶硅组件。非晶硅组件具有建设成本低、受环境影响小的优势，但与之相对应的，转换效率相对较低，电力供应不稳定，供电系统运营效益不高。从国际角度来看，最先进的水平不超过10%，并且转换效率并不能保持稳定，经常出现转换效率下降的情况，应用范围小。与非晶硅组件相比，晶硅电池电源光伏组件的设计与制造技术成熟，具有稳定性高、转化率高等特点，对于光能源的整体利用水平高，因此，在大型、中型分布式光伏电力供应领域应用范围较广。晶硅类电池又可以将其分为单晶硅类电池组件以及多晶硅电池组件两种类型，这二者之间具有较大的差异。其中，单晶硅组件的设计模式，光能源的转换效率更高。如果单晶硅、多晶硅的能源电池组件处于相同功率下，由于单晶硅组件比多晶硅组件需要的面积小，功率转化更快。同时，单晶硅组件建设成本高于多晶硅组件模式。除此之外，两类组件性能指标相差较小，组件运行标准、执行条件、建设技术基本相同，在光伏发电系统的设计过程中，可以根据实际建设需求，选择具体的组件形式。

　　2直流回路设计中保护装置的选择

　　在光伏电站电气系统运行过程中，太阳能光伏电池、直流汇流箱、直流配电柜与网逆变器之间属于直流回路。在直流配电柜中需要安装断路器对直流回路进行保护。由于目前将交流断路器用于直流回路的现象普遍存在，因此需要综合考虑电气系统直流回路中可能发生的故障问题。断路装置在设计时，应配备在短时间内承载、断开异常电流的功能。当短路装置启动分断功能时，触头间会出现电弧，在交流系统中控制电弧相对简单，但直流系统消灭电弧的难度相对较大。出现该种情况的主要原因在于电流回路形式不同，直流与交流断路装置的结构与功能也有着较大的区别，采用的灭弧手段存在差异。除此之外，主断路器是直流汇流箱中最为关键的组件，其额定工作电压需要符合相关的标准条件，不能小于回路工作中电压的最高值，同时，主断路装置的电流额定值应超过回路电流额定的最大值。通常情况下，在断路设备的设计选择过程中，直流回路应结合实际情况，选择直流断路设备或交流断路设备。如果选择直流断路设备，应进行二极或三极回路串联。交流回路的断路装置在进行触头分断时，电弧过零点；但在直流回路电弧不存在过零点情况，这也决定了交流断路器和直流断路器的设计原理不同，原则上交流断路器不宜在直流电路中。为此，如果在直流回路中设置交流断路装置，可以采用两种方式：第一，在直流回路设计降容交流断电装置。当交流断路装置在直流中使用时，设备的分断能力会保持在同等电压交流回路中的1/5-1/8；第二，在直流电路中有时会出现多极串接的情况。在多极串接电路中装设断路装置的主要目的在于增加断口，使每一个断口承担一部分电压和相应的电弧能量。如，一个四极交流断路器串接于直流回路中，单个断口需要承受电压为0.25U(U=220VAC)，那么每个断口实际需要承受的电压数值为55VAC。

　　3光伏电缆的型号选择与安装设计

　　光伏电缆是电站设计与建设质量控制的关键内容，在设计阶段，为保证电缆的型号、使用需求符合标准，应通过实地勘测、市场调查、数字化建模等方式，确定具体的使用类型。通常情况下，在实际电缆的选择过程中，要选用直流电缆这样才能在实际使用中将光伏电缆的兼容性协调好。当前阶段，在电缆选择设计中，没有统一的应用标准，需要设计人员依照实际情况与系统应用需求等，确定电缆型号、装设方式与具体的性能参数，同时，还应考虑经济成本与铺设环境等因素。近几年，德国光伏电缆在官府系统设计中较为常见，其技术标准为K411.23号光伏电缆。现阶段，电缆芯普遍采用单芯软电缆，适用范围在2类安全范围内，在调控的过程中能够实现对电缆的性能提升，在实际电缆应用过程中由于光伏电站所处的位置不同，电缆的使用需求也存在差异。具体来讲：在电缆型号选择与装设技术选择方面，一方面，应对分布式光缆的环境进行评估，对电缆装设与使用的温度、湿度等条件进行分析。一般情况下，光缆可以在温度为零下-40℃～90℃环境中，保持正常使用状态。光缆的导体能够承受120℃以下的高温，当电缆导体温度达到200℃时，就会自动熔断；另一方面，通常情况下，电缆承受的电压有着一定的额度，当电压超过额定值（1.8kV），并长期处于高负荷状况下，电缆的使用寿命也会缩短。此外，光伏电缆通常具备较高的抗腐蚀性、抗紫外线能力。以一根正常生产的光伏电缆为准，如果保证其在120℃的环境下工作，其使用的寿命可以维持在20年左右。在电缆型号选择、装设方式设计方面，应因地制宜，保证各项使用性能平衡，并做好定期检测工作。

　　4串联电路设计中的过电压保护装置设置

　　分布式光伏电力运行系统中，存在较多的串联电路，如果发生过电压问题，为有效控制异常影响的范围，避免设备过度损耗，需要在设计阶段对过电压保护装置进行合理选择，针对雷击状况、设备故障、电力负荷过大等问题，进行针对性的控制。根源上保障了电站运行的稳定性，同时还能够保障不会因为雷击出现大电流而烧毁电站内部的变电设备。

　　4.1合理设置电感线圈

　　过电压保护装置内部的电感线圈与过电压保护性能有着直接的关系，在线圈设计的过程中，为保证光伏电站太阳能的实际转换效率，需要选择大匝数的线圈，避免一次过电压过大导致线圈损坏情况，优化过电压保护装置的设计。在实际设计过程中会通过专门的匝数电感线圈进行专门的电磁脱扣器设置，增强电流串联回路的设计，当发生天气异常、设备遭受雷击后，及时开启自动断电设置，避免一次性过电压导致的设备运行故障、损失。

　　4.2注重熔断器设计

　　在进行分布式光伏电力系统的设计过程中，为有效对过电压进行控制，还需要加强对熔断器技术参数的针对性调整，在电流感应设计方面，应注重光电信号的实际转换效率调整，一旦发生熔断状况，应实时将信息传递到控制中心，并利用自动断电、远程控制与物联网等技术，断开串联的电路。为此，在实际设计过程中，设计人员应该有针对性地进行电流串联保护器设计，在保护器的设计中融入信息技术，以便光伏系统在异常故障发生的第一时间，进行熔断。当前阶段，光伏发电系统作为较为先进的供电模式，不仅能够保证太阳能的转换效率，满足社会发展多元化的电力供应需求，同时，还具有噪音影响小、对空气与水环境破坏性低等方面的优势，成为现阶段电力供应系统建设的重要技术选择。为保证分布式光伏发电系统实际运行质效，在系统设计过程中，技术人员应结合供电系统辐射范围、供应需求、经济投资、基础设施分布等条件，做好电缆铺设、过电压保护、电气组件、直流配电装置等方面的电气设计，为光伏供电系统的稳定、高效、安全利用奠定基础。

　　参考文献：

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　　作者：孙俊青