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摘要：近年来，随着我们国内光伏发电站的大力建设，我国将由“光伏中国制造”变为“光伏中国应用”大国 。本文将对甘肃某50MWp大型并网光伏发电站光伏发电方阵设计进行论述。
关键词：新能源 光伏电站 设计 方阵
中图分类号：U665文献标识码： A
1引言
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，在能源生产和消费中，煤炭约占商品能源消费构成的75%，已成为我国大气污染的主要来源。因此，大力开发太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施之一。
近几年，国际光伏发电迅猛发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡， 由于我国的光伏上网电价补贴措施，大型并网型光伏电站也在大力的建设中。中国也将由“光伏中国制造”变为“光伏中国应用” 。
光伏电站的建设符合地区国民经济可持续发展的需要，可以促进能源电力结构调整的需要，开发光电也能促进当地旅游业发展，发挥减排效益、对于建设单位来说若能作为CDM项目成功注册，可以最大限度的获得CDM收益。
本文将对甘肃某50MWp大型并网光伏发电站光伏发电方阵设计进行论述。
2光伏发电方阵设计
2.1系统方案概述
本电站光伏并网发电系统采用了分块发电、集中并网方案，整个发电系统由50个1MWp光伏发电子系统（1MWp子系统选用2台500kW逆变器）组成，每个光伏发电子系统分别经过一台0.27kV/0.27kV /35kV升压变压器将电压升至35kV，每10台升压变压器并联后用35kV电缆接至电站110kV升压变电站35kV配电装置，经总升压变压器（50MVA-110kV/35kV）将电压升至110kV。以1回110kV架空线路送至电力系统。
各个光伏发电子系统之间没有直流和交流的直接电气联系，可以分别实施建设，分别并网运行，运行和维护管理方便，各部分故障检修期间不会影响整个电站的运行。
2.2光伏子方阵设计
本电站50MWp光伏发电方阵按50个1MWp子方阵进行了模块设计，每个子方阵为1个光伏发电子系统。子方阵由光伏阵列、交直流电缆、汇流设备、逆变器、升压变压器组成。
2.3方阵运行方式选择
方阵运行方式主要有4种，分别为固定式、水平单轴跟踪式、斜单轴跟踪式、双轴跟踪式。对于跟踪式系统，其安装方式使光伏电池组件最大程度的接收太阳总辐射量，从而增加了发电量，但考虑①自动跟踪式系统自动化程度高，但其自动跟踪式系统缺乏在本电站特殊的气候环境下的实际应用的可靠性验证，其传动部件尤其是沙尘暴时，会发生侵入，增加了故障率，加大维护成本；②本电站规模较大，采用的电池组件多达几十万块，考虑其安装空间和设备追踪活动空间，其场址占地面积比固定式安装要大，增加了土地使用费用；③自动跟踪式系统本身要消耗一部分电量，且其逆变器多采用并联分散式布置，虽提高一个发电单元的运行可靠性，但不便于集中控制，同时相对固定式逆变器投资加大；④自动跟踪式系统装置复杂，国内成熟的且有应用过高海拔地区验证的产品很少，初始成本和维护成本都较高。安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益无法抵消安装跟踪装置所需要的综合成本。因此，本电站方阵运行方式采用固定式安装。
2.4光伏阵列倾角设计
对于大型并网光伏电站，固定式光伏阵列最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。利用专业软件计算，当光伏阵列倾角为38°时，可获得最大的年发电量，并满足灰尘雨雪滑落要求及支架较好稳定性的角度范围。因此确定本电站光伏阵列的最佳倾角为38°。
2.5组件串、并联设计
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等因素确定。光伏电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。
串联计算公式：
……………………………………………………………（1）
……………………………（2）
式中：Vdcmax——逆变器允许的最大直流输入电压（V）；
Vmpptmax——逆变器MPPT电压最大值（V）；
Vmpptmin——逆变器MPPT电压最小值（V）；
Voc——电池组件开路电压（V）；
Vpm——电池组件工作电压（V）；
——电池组件开路电压温度系数；
——电池组件工作电压温度系数；
N——电池组件的串联数；
——电池组件工作条件下的极限低温（℃）；
——电池组件工作条件下的极限高温（℃）。
采用选用的组件和逆变器相关参数计算后：光伏电池串联数量N 为：15≤N≤19。根据方阵布置情况修正后，最终确定N为18。并联的路数N=500/串联容量≈100路。
2.6组件排列方式的选择
光伏组件排列方式有很多种，但是综合考虑支架钢材量、直流电缆量、直流线损、方阵占地面积等因素后，一般有2种方案，分别为：(1)组件竖向放置，上下共2排；(2) 组件横向放置，上下共4排。
两种方案在支架钢材量、直流电缆量、直流线损、方阵占地面积等方面均相差不大。但考虑到：（1）本电站场址地形十分平坦；（2）方案2的排列方式，整个阵列可上下分开组成串联回路，在下部回路出现遮挡，效率受到影响时，上部的回路完全不受影响，使整个阵列的效率优于方案1。所以本电站采用第二种组件排列方式。
2.7阵列行间距设计
光伏阵列布置必须考虑前、后排的阴影遮挡问题，应计算确定阵列间的距离或阵列与建筑物的距离。一般的确定原则是：冬至日当天早晨9：00至下午15：00（时间为真太阳时）的时间段内，光伏组件不应被遮挡。计算可采用如下公式：
……………………………………………（3）
式中：D——两排阵列之间的距离；
L——阵列倾斜面长度；
Φ——当地纬度；
β——阵列倾角。
经计算，电池阵列前后排间距为8.1m，
2.8方阵接线方案设计
2.8.1汇流箱设计
本电站所选汇流箱具有以下特点：
（1）户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；
（2） 同时可接入12（16）路输入，每回路设15A熔断器保护，熔断器的耐压值为DC1000V；
（3）直流输出母线段配有可分断的直流断路器；
（4）配有光伏专用防雷器，正负板都具备防雷功能；
（5）汇流箱内配有监测装置，可以实时监测每个输入输出回路的电流、电压，直流熔断器状态等；
（6）配有标准RS485通讯口，可以与电站計算机监控系统通讯。
2.8.2直流防雷配电柜设计
直流柜是室外汇流箱送入的电缆与逆变器的连接柜，柜内设直流保护开关及避雷器，具有防止雷电及操作过电压功能，过流和速断保护功能。柜内设有数字式电流电压表，可在现场或中控室监视每个汇流箱回路工作状况。每台逆变器对应设1台直流柜。本电站每个直流配电柜对应接入7台汇流箱，直流配电柜具有7个160A直流熔断器作为输入回路，具有以下性能特点：
（1）同时可接入7路输入，每回路设160A可分段的直流熔断器保护，熔断器的耐压值为DC1000V；
（2）配有光伏专用防雷器，正负板都具备防雷功能；
（3）直流母线侧配有直流电压表、电流表；
（4）配有标准RS485通讯口，可以与电站计算机监控系统通讯。
2.8.3逆变器室布置
逆变器室是整个电站的重要部位。太阳能电池组件产生的直流电通过室内的逆变器转换成交流电，经与逆变器室相邻的35kV升压变压器升压后送至110kV升压站35kV母线侧。
为了降低直流线路损耗，结合现有场地地形及交通道路，逆变器室分别布置在各子方阵的中心位置。
逆变器室内主要设有直流柜、逆变器。逆变器是将直流柜输入的直流电转换成交流电，通过交流柜输出至35kV升压变压器。每个逆变器室设2台500kW逆变器。
2.8.4升压变压器设计
本电站选用的逆变器出口电压为0.27kV，额定电流为1069A，不宜将低电压大电流的电能远距离输送，为了减少功率损耗，在逆变器室外设置一台0.27kV/0.27kV /35kV升压变压器。根据光伏方阵的发电特点，变压器容量选为1000kVa，即使在光照条件极好光伏方阵发电功率超过其额定功率1000kW的情况下，由于变压器过载10％可持续运行3小时，因此选择1000 kVa容量能够满足1MWp光伏发电子方阵特性要求。
3结语
本电站于2012年3月立项，当年12月20日并网试运行。是甘肃省当年建设最快、装机最大、并网最早的光伏电站。在已并网发电的1年时间里，运行稳定，效益可观。截止2013年12月底，已累计发电8428万千瓦时。电站良好的运行也体现出设计方案的合理可行。本文对电站光伏发电方阵中运行方式的选择、倾角的计算、间距的计算、串并联的设计等方面进行了论述，可供光伏发电同仁参考。
参考文献：
1.杨金焕,于化丛,葛亮.太阳能光伏发电应用技术.电子工业出版社.2009；
2.GD003-2011.光伏发电工程可行性研究报告编制办法（试行）；
3.周治.并网光伏电站子方阵最佳配置选择.西北水电.2012年.3期。
4.GB50797-2012.光伏发电站设计规范
关键词：新能源 光伏电站 设计 方阵
中图分类号：U665文献标识码： A
1引言
我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国之一，也是少数几个以煤炭为主要能源的国家之一，在能源生产和消费中，煤炭约占商品能源消费构成的75%，已成为我国大气污染的主要来源。因此，大力开发太阳能、风能、生物质能、地热能和海洋能等新能源和可再生能源利用技术将成为减少环境污染的重要措施之一。
近几年，国际光伏发电迅猛发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡， 由于我国的光伏上网电价补贴措施，大型并网型光伏电站也在大力的建设中。中国也将由“光伏中国制造”变为“光伏中国应用” 。
光伏电站的建设符合地区国民经济可持续发展的需要，可以促进能源电力结构调整的需要，开发光电也能促进当地旅游业发展，发挥减排效益、对于建设单位来说若能作为CDM项目成功注册，可以最大限度的获得CDM收益。
本文将对甘肃某50MWp大型并网光伏发电站光伏发电方阵设计进行论述。
2光伏发电方阵设计
2.1系统方案概述
本电站光伏并网发电系统采用了分块发电、集中并网方案，整个发电系统由50个1MWp光伏发电子系统（1MWp子系统选用2台500kW逆变器）组成，每个光伏发电子系统分别经过一台0.27kV/0.27kV /35kV升压变压器将电压升至35kV，每10台升压变压器并联后用35kV电缆接至电站110kV升压变电站35kV配电装置，经总升压变压器（50MVA-110kV/35kV）将电压升至110kV。以1回110kV架空线路送至电力系统。
各个光伏发电子系统之间没有直流和交流的直接电气联系，可以分别实施建设，分别并网运行，运行和维护管理方便，各部分故障检修期间不会影响整个电站的运行。
2.2光伏子方阵设计
本电站50MWp光伏发电方阵按50个1MWp子方阵进行了模块设计，每个子方阵为1个光伏发电子系统。子方阵由光伏阵列、交直流电缆、汇流设备、逆变器、升压变压器组成。
2.3方阵运行方式选择
方阵运行方式主要有4种，分别为固定式、水平单轴跟踪式、斜单轴跟踪式、双轴跟踪式。对于跟踪式系统，其安装方式使光伏电池组件最大程度的接收太阳总辐射量，从而增加了发电量，但考虑①自动跟踪式系统自动化程度高，但其自动跟踪式系统缺乏在本电站特殊的气候环境下的实际应用的可靠性验证，其传动部件尤其是沙尘暴时，会发生侵入，增加了故障率，加大维护成本；②本电站规模较大，采用的电池组件多达几十万块，考虑其安装空间和设备追踪活动空间，其场址占地面积比固定式安装要大，增加了土地使用费用；③自动跟踪式系统本身要消耗一部分电量，且其逆变器多采用并联分散式布置，虽提高一个发电单元的运行可靠性，但不便于集中控制，同时相对固定式逆变器投资加大；④自动跟踪式系统装置复杂，国内成熟的且有应用过高海拔地区验证的产品很少，初始成本和维护成本都较高。安装跟踪装置获得额外的太阳能辐射产生的效益无法抵消安装跟踪装置所需要的综合成本。因此，本电站方阵运行方式采用固定式安装。
2.4光伏阵列倾角设计
对于大型并网光伏电站，固定式光伏阵列最佳倾角即光伏发电系统全年发电量最大时的倾角。利用专业软件计算，当光伏阵列倾角为38°时，可获得最大的年发电量，并满足灰尘雨雪滑落要求及支架较好稳定性的角度范围。因此确定本电站光伏阵列的最佳倾角为38°。
2.5组件串、并联设计
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等因素确定。光伏电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。
串联计算公式：
……………………………………………………………（1）
……………………………（2）
式中：Vdcmax——逆变器允许的最大直流输入电压（V）；
Vmpptmax——逆变器MPPT电压最大值（V）；
Vmpptmin——逆变器MPPT电压最小值（V）；
Voc——电池组件开路电压（V）；
Vpm——电池组件工作电压（V）；
——电池组件开路电压温度系数；
——电池组件工作电压温度系数；
N——电池组件的串联数；
——电池组件工作条件下的极限低温（℃）；
——电池组件工作条件下的极限高温（℃）。
采用选用的组件和逆变器相关参数计算后：光伏电池串联数量N 为：15≤N≤19。根据方阵布置情况修正后，最终确定N为18。并联的路数N=500/串联容量≈100路。
2.6组件排列方式的选择
光伏组件排列方式有很多种，但是综合考虑支架钢材量、直流电缆量、直流线损、方阵占地面积等因素后，一般有2种方案，分别为：(1)组件竖向放置，上下共2排；(2) 组件横向放置，上下共4排。
两种方案在支架钢材量、直流电缆量、直流线损、方阵占地面积等方面均相差不大。但考虑到：（1）本电站场址地形十分平坦；（2）方案2的排列方式，整个阵列可上下分开组成串联回路，在下部回路出现遮挡，效率受到影响时，上部的回路完全不受影响，使整个阵列的效率优于方案1。所以本电站采用第二种组件排列方式。
2.7阵列行间距设计
光伏阵列布置必须考虑前、后排的阴影遮挡问题，应计算确定阵列间的距离或阵列与建筑物的距离。一般的确定原则是：冬至日当天早晨9：00至下午15：00（时间为真太阳时）的时间段内，光伏组件不应被遮挡。计算可采用如下公式：
……………………………………………（3）
式中：D——两排阵列之间的距离；
L——阵列倾斜面长度；
Φ——当地纬度；
β——阵列倾角。
经计算，电池阵列前后排间距为8.1m，
2.8方阵接线方案设计
2.8.1汇流箱设计
本电站所选汇流箱具有以下特点：
（1）户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；
（2） 同时可接入12（16）路输入，每回路设15A熔断器保护，熔断器的耐压值为DC1000V；
（3）直流输出母线段配有可分断的直流断路器；
（4）配有光伏专用防雷器，正负板都具备防雷功能；
（5）汇流箱内配有监测装置，可以实时监测每个输入输出回路的电流、电压，直流熔断器状态等；
（6）配有标准RS485通讯口，可以与电站計算机监控系统通讯。
2.8.2直流防雷配电柜设计
直流柜是室外汇流箱送入的电缆与逆变器的连接柜，柜内设直流保护开关及避雷器，具有防止雷电及操作过电压功能，过流和速断保护功能。柜内设有数字式电流电压表，可在现场或中控室监视每个汇流箱回路工作状况。每台逆变器对应设1台直流柜。本电站每个直流配电柜对应接入7台汇流箱，直流配电柜具有7个160A直流熔断器作为输入回路，具有以下性能特点：
（1）同时可接入7路输入，每回路设160A可分段的直流熔断器保护，熔断器的耐压值为DC1000V；
（2）配有光伏专用防雷器，正负板都具备防雷功能；
（3）直流母线侧配有直流电压表、电流表；
（4）配有标准RS485通讯口，可以与电站计算机监控系统通讯。
2.8.3逆变器室布置
逆变器室是整个电站的重要部位。太阳能电池组件产生的直流电通过室内的逆变器转换成交流电，经与逆变器室相邻的35kV升压变压器升压后送至110kV升压站35kV母线侧。
为了降低直流线路损耗，结合现有场地地形及交通道路，逆变器室分别布置在各子方阵的中心位置。
逆变器室内主要设有直流柜、逆变器。逆变器是将直流柜输入的直流电转换成交流电，通过交流柜输出至35kV升压变压器。每个逆变器室设2台500kW逆变器。
2.8.4升压变压器设计
本电站选用的逆变器出口电压为0.27kV，额定电流为1069A，不宜将低电压大电流的电能远距离输送，为了减少功率损耗，在逆变器室外设置一台0.27kV/0.27kV /35kV升压变压器。根据光伏方阵的发电特点，变压器容量选为1000kVa，即使在光照条件极好光伏方阵发电功率超过其额定功率1000kW的情况下，由于变压器过载10％可持续运行3小时，因此选择1000 kVa容量能够满足1MWp光伏发电子方阵特性要求。
3结语
本电站于2012年3月立项，当年12月20日并网试运行。是甘肃省当年建设最快、装机最大、并网最早的光伏电站。在已并网发电的1年时间里，运行稳定，效益可观。截止2013年12月底，已累计发电8428万千瓦时。电站良好的运行也体现出设计方案的合理可行。本文对电站光伏发电方阵中运行方式的选择、倾角的计算、间距的计算、串并联的设计等方面进行了论述，可供光伏发电同仁参考。
参考文献：
1.杨金焕,于化丛,葛亮.太阳能光伏发电应用技术.电子工业出版社.2009；
2.GD003-2011.光伏发电工程可行性研究报告编制办法（试行）；
3.周治.并网光伏电站子方阵最佳配置选择.西北水电.2012年.3期。
4.GB50797-2012.光伏发电站设计规范