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摘要：随着我国经济、科技的不断发展，绿色、环保发展理念也愈发的受到重视。传统火力发电厂需要消耗大量的煤炭等不可再生资源，同时还会排放大量的碳化物和硫化物等，造成环境污染，不利于环境友好型社会的建成。在此情形下，我国发电厂结构也开始调整，清洁、可再生能源逐渐占据重要地位。光伏主要依靠可再生太阳能发电，与传统的煤炭发电行业相比，大规模的光伏发电在保证生态环境的前提下，可以有效地节约不可再生资源，减少污染气体排放，有利于社会健康、绿色发展。本文主要对某大型光伏电站的电气设计进行了研究，对主要设备和光伏配置进行了选型分析，通过这些以期对相关人员有所启发。
关键词：大型光伏电站;光伏发电;电气设计;
能源工业是国民经济的基础，新能源产业集中体现了现代能源产业“高新、低碳、安全”的技术特点，是未来能源产业的发展方向与技术制高点新能源、可再生能源的开发利用是国家能源产业战略布局的重要一环，2016年国家就提出了控制能源消费中煤炭能源消费量的比重，消费比重将从66%降低到60%，积极发展煤炭的替代能源，在“十三五”期间，可再生能源如风电、光伏产业获得了大发展的机遇，国家对新能源产业政策的支持力度也不断增大。太阳能是世界上分布最广的可再生能源，光伏发电厂是以太阳能为基础的发电厂。但由于光伏组件价格、陆上集控中心用地以及光伏送出路径等因素的制约，集中连片开发大型光伏就显得尤为重要。大型光伏能整合地区资源优势，集中送出，减少征地，降低企业成本，达到降本增效的目的，也是光伏产业未来的发展趋势。
1基本设备选择
1.1光伏逆变器
目前逆变器主要分为组串式逆变器和集中式逆变器。随着技术的进步，目前组串式逆变器容量一般在120～180kW级，采用多路MPPT进行跟踪，比较适合于大型地面、山地、丘陵和屋顶分布式光伏场址;集中式逆变器容量一般在1000kW～3500kW，采用1～4路MPPT进行跟踪，比较适合于平坦的一般农田、戈壁、水上等地形起伏较小的站址。对于组串式逆变器，如有单机故障，整体更换，维护较为方便，对整体发电几乎无影响;对于集中式逆变器，一旦故障，造成大面积停电，但逆变器数量少，维护方便。可以根据项目的实际情况选用不同的逆变器。
1.2光伏组件
用于大型光伏电站电气设计的光伏组件主要是晶体硅组件，太阳能电池的技术性能主要考虑成熟度和转换效率两个方面。结合目前国内光伏组件现状，选取市场主流组件进行比较。单晶硅生产工艺比多晶硅复杂，成本也比多晶硅高，但性能优秀。在衰减率上，单晶硅要优于多晶硅。太阳能电池板在长期的高低温交替中容易出线隐裂，单晶硅要具备更好的机械性能，抗隐裂会更好一些。单晶硅相比多晶硅的优势在于低工作温度、弱光响应、低线损以及低衰减等，故国内光伏电站多采用单晶硅。
1.3电池组件安装方式
（1）固定式安装，对普通的单晶硅太阳能电池组件常用的固定布置方式是按当地的最佳倾角。这种布置方式的优点是支架系统简单，安装方便，布置紧凑，节约场地，缺点是不能对太阳能资源充分利用。（2）倾角季度调节式，与固定式类似，不同之处在于其方阵倾角通常设计成约15°～65°，在此角度之间可以手动调节，每季度设置一个档位。在夏季，正午太阳高度角较大，方阵倾角可适当减小;而在冬季时，正午太阳高角度较低，方阵倾角可适当增大，从而使太阳光入射到方阵面上，使其入射光线与方阵面法线间的夹角尽可能小来提高方阵年发电量。（3）逐日跟踪式，针对组件固定式布置方式存在的缺点，开发研制出逐日跟踪式太阳能光伏发电系统，根据组件阵列面旋转轴的数量又分为单轴和双轴跟踪。逐日跟踪式光伏发电系统虽然能提高组件对太阳能资源利用效率，但是需要增加机械跟踪设备、光学仪器等，会增加单位工程造价。
2光伏系统配置
大型光伏电站光伏系统配置时应考虑光伏组件的安装方式、组件性能、温度和辐射系数、串结构、角度和间距等因素，选择合适的配置方案可以优化大型光伏电站的电气设计，减少工程投资，同时还能增加发电量。
3光伏发电厂电气设计
3.1电气主接线
（1）光伏方阵配电系统，多个电池组件串联成一个电池组件，多个组件接入一台逆变器，多个逆变器接入一套箱变，经箱变升压至35kV，通过35kV集电线路送至升压站。（2）集电线路，根据光伏阵列的布置位置情况，每6～7个光伏阵列组成一个集电线路单元，根据回路最大电流选择导线载流量，并考虑降容系数。35kV集电线路采用电缆连接。若采用架空线，杆塔势必会对组件布置产生阴影，且会站用一部分光伏用地。地块中布置较为紧凑，采用电缆的用量相对来说不大，综合考虑采用电缆有较大的优势。（3）配电系统主要电气设备，光伏电站配电系统主要电气设备有升压变电站和35kV集电线路，升压变压器选用箱变，容量2500kVA;箱变高压侧采用电缆连接方案，箱变之间采用35kV电力电缆直埋敷设连接。根据回路最大电流选择导线载流量，并考虑降容系数。
3.2主要电气设备选型
（1）短路开断电流水平选择，35kV开关设备短路开断电流按31.5kA进行选择，箱变高压侧负荷开关设备短路开断电流按25kA进行选择，箱变低压侧断开电流按50kA进行选择。（2）110kV配电装置选择，110kV配电装置常用的型式有两种：常规屋外敞开式布置和GIS形式布置。考虑到升压站占地面积以及检修维护性，综合考虑建议采用户内GIS配电装置。（3）无功补偿装置选择，逆变器可以保证的功率因数在0.98以上，根据此特点，光伏组件及逆变器本身无需再进行无功补偿，光伏电站的无功补偿主要集中在35kV箱变、集电线路、主变和送出线路无功损耗上。（4）站用电选择，根据站用负荷统计用电设备功率，选用干式变压器，电源从35kV配电装置引接，站用电380V配电装置选用MNS型低压配电柜，采用电缆馈出至用电负荷。
3.3升压站一次设备布置
（1）升压站110kV配电装置采用户内GIS设备布置，主变压器采用户外布置方式。主变压器高压侧采用钢芯铝绞线与110kV屋外GIS配电装置相连，低压侧采用绝缘管母线与35kV配电装置相连。在110kV 屋外配电装置出线处设置门型构架，便于架空导线引出。（2）35kV开关柜布置在各升压站35kV配电室内，开关柜采用单排布置。（3）站用配电装置布置本工程站用接地变与接地变布置在户外，低压开关柜布置在综合楼继电器室内。（4）35kV无功补偿装置的布置，35kV无功补偿装置采用集装箱成套设备，布置于户外。
3.4防雷、接地、过电压保护
（1）光伏电场逆变器设有防浪涌保护，防止感应雷和操作过电压。光伏电池组支架与支架之间，支架与接地体之间通过扁钢焊接成电气通路，实现全场光伏电池支架电气接地;箱变35kV侧采用无间隙的氧化锌避雷器作为过电压保护器;站区接地需结合场地地质条件，选用经济合理的接地方案。（2）主、辅建（构）筑物的防雷主要由避雷针和避雷器来进行保护。（3）在汇流箱、逆变器及35kV箱式变电站内逐级装设浪涌保护器或者避雷器。35kV及以下电气设备以避雷器标称放电电流5kA时雷电过电压残压為基础进行配合，满足规范要求。在110kV出线，35kV母线以及厂用电线路终端均装设氧化锌避雷器。
结论
太阳能是洁净无污染的能源，大型光伏电站能整合区域资源，改善当地电力系统的能源结构，实现电力供应的多元化。提高电网中可再生能源发电的比例，优化电源结构，减少常规能源发电带来的环境影响，推动社会和经济的可持续发展。
参考文献
[1]张哲.大型光伏电站的电气设计与分析[J].电子世界，2017，（13）：180.
[2]李涛.关于光伏电站电气设计的研究和应用[J].电子世界，2017，（01）：149-150.
[3]杨盛.浅谈光伏电站电气设计技术[J].黑龙江科技信息，2015，（36）：65.
[4]张召.光伏电站电气设计方法探究[J].中外企业家，2015，（35）：122.
关键词：大型光伏电站;光伏发电;电气设计;
能源工业是国民经济的基础，新能源产业集中体现了现代能源产业“高新、低碳、安全”的技术特点，是未来能源产业的发展方向与技术制高点新能源、可再生能源的开发利用是国家能源产业战略布局的重要一环，2016年国家就提出了控制能源消费中煤炭能源消费量的比重，消费比重将从66%降低到60%，积极发展煤炭的替代能源，在“十三五”期间，可再生能源如风电、光伏产业获得了大发展的机遇，国家对新能源产业政策的支持力度也不断增大。太阳能是世界上分布最广的可再生能源，光伏发电厂是以太阳能为基础的发电厂。但由于光伏组件价格、陆上集控中心用地以及光伏送出路径等因素的制约，集中连片开发大型光伏就显得尤为重要。大型光伏能整合地区资源优势，集中送出，减少征地，降低企业成本，达到降本增效的目的，也是光伏产业未来的发展趋势。
1基本设备选择
1.1光伏逆变器
目前逆变器主要分为组串式逆变器和集中式逆变器。随着技术的进步，目前组串式逆变器容量一般在120～180kW级，采用多路MPPT进行跟踪，比较适合于大型地面、山地、丘陵和屋顶分布式光伏场址;集中式逆变器容量一般在1000kW～3500kW，采用1～4路MPPT进行跟踪，比较适合于平坦的一般农田、戈壁、水上等地形起伏较小的站址。对于组串式逆变器，如有单机故障，整体更换，维护较为方便，对整体发电几乎无影响;对于集中式逆变器，一旦故障，造成大面积停电，但逆变器数量少，维护方便。可以根据项目的实际情况选用不同的逆变器。
1.2光伏组件
用于大型光伏电站电气设计的光伏组件主要是晶体硅组件，太阳能电池的技术性能主要考虑成熟度和转换效率两个方面。结合目前国内光伏组件现状，选取市场主流组件进行比较。单晶硅生产工艺比多晶硅复杂，成本也比多晶硅高，但性能优秀。在衰减率上，单晶硅要优于多晶硅。太阳能电池板在长期的高低温交替中容易出线隐裂，单晶硅要具备更好的机械性能，抗隐裂会更好一些。单晶硅相比多晶硅的优势在于低工作温度、弱光响应、低线损以及低衰减等，故国内光伏电站多采用单晶硅。
1.3电池组件安装方式
（1）固定式安装，对普通的单晶硅太阳能电池组件常用的固定布置方式是按当地的最佳倾角。这种布置方式的优点是支架系统简单，安装方便，布置紧凑，节约场地，缺点是不能对太阳能资源充分利用。（2）倾角季度调节式，与固定式类似，不同之处在于其方阵倾角通常设计成约15°～65°，在此角度之间可以手动调节，每季度设置一个档位。在夏季，正午太阳高度角较大，方阵倾角可适当减小;而在冬季时，正午太阳高角度较低，方阵倾角可适当增大，从而使太阳光入射到方阵面上，使其入射光线与方阵面法线间的夹角尽可能小来提高方阵年发电量。（3）逐日跟踪式，针对组件固定式布置方式存在的缺点，开发研制出逐日跟踪式太阳能光伏发电系统，根据组件阵列面旋转轴的数量又分为单轴和双轴跟踪。逐日跟踪式光伏发电系统虽然能提高组件对太阳能资源利用效率，但是需要增加机械跟踪设备、光学仪器等，会增加单位工程造价。
2光伏系统配置
大型光伏电站光伏系统配置时应考虑光伏组件的安装方式、组件性能、温度和辐射系数、串结构、角度和间距等因素，选择合适的配置方案可以优化大型光伏电站的电气设计，减少工程投资，同时还能增加发电量。
3光伏发电厂电气设计
3.1电气主接线
（1）光伏方阵配电系统，多个电池组件串联成一个电池组件，多个组件接入一台逆变器，多个逆变器接入一套箱变，经箱变升压至35kV，通过35kV集电线路送至升压站。（2）集电线路，根据光伏阵列的布置位置情况，每6～7个光伏阵列组成一个集电线路单元，根据回路最大电流选择导线载流量，并考虑降容系数。35kV集电线路采用电缆连接。若采用架空线，杆塔势必会对组件布置产生阴影，且会站用一部分光伏用地。地块中布置较为紧凑，采用电缆的用量相对来说不大，综合考虑采用电缆有较大的优势。（3）配电系统主要电气设备，光伏电站配电系统主要电气设备有升压变电站和35kV集电线路，升压变压器选用箱变，容量2500kVA;箱变高压侧采用电缆连接方案，箱变之间采用35kV电力电缆直埋敷设连接。根据回路最大电流选择导线载流量，并考虑降容系数。
3.2主要电气设备选型
（1）短路开断电流水平选择，35kV开关设备短路开断电流按31.5kA进行选择，箱变高压侧负荷开关设备短路开断电流按25kA进行选择，箱变低压侧断开电流按50kA进行选择。（2）110kV配电装置选择，110kV配电装置常用的型式有两种：常规屋外敞开式布置和GIS形式布置。考虑到升压站占地面积以及检修维护性，综合考虑建议采用户内GIS配电装置。（3）无功补偿装置选择，逆变器可以保证的功率因数在0.98以上，根据此特点，光伏组件及逆变器本身无需再进行无功补偿，光伏电站的无功补偿主要集中在35kV箱变、集电线路、主变和送出线路无功损耗上。（4）站用电选择，根据站用负荷统计用电设备功率，选用干式变压器，电源从35kV配电装置引接，站用电380V配电装置选用MNS型低压配电柜，采用电缆馈出至用电负荷。
3.3升压站一次设备布置
（1）升压站110kV配电装置采用户内GIS设备布置，主变压器采用户外布置方式。主变压器高压侧采用钢芯铝绞线与110kV屋外GIS配电装置相连，低压侧采用绝缘管母线与35kV配电装置相连。在110kV 屋外配电装置出线处设置门型构架，便于架空导线引出。（2）35kV开关柜布置在各升压站35kV配电室内，开关柜采用单排布置。（3）站用配电装置布置本工程站用接地变与接地变布置在户外，低压开关柜布置在综合楼继电器室内。（4）35kV无功补偿装置的布置，35kV无功补偿装置采用集装箱成套设备，布置于户外。
3.4防雷、接地、过电压保护
（1）光伏电场逆变器设有防浪涌保护，防止感应雷和操作过电压。光伏电池组支架与支架之间，支架与接地体之间通过扁钢焊接成电气通路，实现全场光伏电池支架电气接地;箱变35kV侧采用无间隙的氧化锌避雷器作为过电压保护器;站区接地需结合场地地质条件，选用经济合理的接地方案。（2）主、辅建（构）筑物的防雷主要由避雷针和避雷器来进行保护。（3）在汇流箱、逆变器及35kV箱式变电站内逐级装设浪涌保护器或者避雷器。35kV及以下电气设备以避雷器标称放电电流5kA时雷电过电压残压為基础进行配合，满足规范要求。在110kV出线，35kV母线以及厂用电线路终端均装设氧化锌避雷器。
结论
太阳能是洁净无污染的能源，大型光伏电站能整合区域资源，改善当地电力系统的能源结构，实现电力供应的多元化。提高电网中可再生能源发电的比例，优化电源结构，减少常规能源发电带来的环境影响，推动社会和经济的可持续发展。
参考文献
[1]张哲.大型光伏电站的电气设计与分析[J].电子世界，2017，（13）：180.
[2]李涛.关于光伏电站电气设计的研究和应用[J].电子世界，2017，（01）：149-150.
[3]杨盛.浅谈光伏电站电气设计技术[J].黑龙江科技信息，2015，（36）：65.
[4]张召.光伏电站电气设计方法探究[J].中外企业家，2015，（35）：122.