刘鹏
河北筑能工程技术有限公司 河北石家庄 050000
摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，我国出现了资源、能源短缺的局面。因此，重视节能环保和加强对可再生能源的利用成为发展过程中重点之一。可再生能源利用方面，光伏发电系统在多个领域中得到了广泛的应用，是一项非常重要的节能措施。在国家的不断支持和大力扶持下，此项技术也取得飞速的进步。基于以上背景，本文结合实际设计的工作经验，对光伏发电系统进行了简要的概述，阐述了对光伏发电系统电气设计进行的研究内容，提出了几种光伏发电系统电气设计的方案。
关键词：光伏发电系统;电气设计
引言
本文通过对光伏发电系统的构成及工作原理入手，提出了光伏发电系统电气设计方案，以期提高光伏发系统的整体运作质量，推动社会的稳定发展。
1光伏发电系统概述
光伏发电系统是指能根据需要在指定场地建设一个自行的发电装置，不需对其进行专门操作，能够因地制宜进行分散的布局，采用就近原理收集太阳能作为发电资源，节约化石能源。光伏发电系统一般采用光伏组件直接将太阳能转化为电能。它是一种新的发电方式，具有非常广阔的发展前景。可就近发电，避免电力输送过程中产生不必要的浪费。它能够以高效和环保的方式独立发电，将太阳能转化为电力，并为建筑物提供电力。太阳能是一种可再生资源,太阳能可以辐射到地球的每一个角落,因此分布式光伏发电系统摆脱地理位置的约束,可以有机结合,不会占据建筑外的土地面积,提高利用率。浮式光发电系统安装简单，易于操作，且操作过程不会造成环境污染。由于其安装位置非常靠近建筑物，无需安装变电站和配电所，节省投资成本。我国传统的发电方式一般采用火力发电，通过燃烧产生高温高压蒸汽。电气系统将热能转化为机械能，再转化为电能，由控制系统控制，形成日常使用所需的电能。火力发电用煤燃烧时会产生大量的二氧化硫和氮氧化物，严重危害生态环境。此外，在火力发电厂附近还会产生大量粉尘，造成化石能源的污染和浪费。因此，电力行业成为我国最大的污染源。我国现阶段的首要目的是减少污染，研发并投入实施光伏发电系统，促进我国的现代化进程。
2光伏发电系统电气设计方案
2.1逆变器
光伏发电系统逆变器是通过晶闸管来控制系统的导通实践，利用有关措施实现直流电向交流电的转变。根据电源属性能够将逆变器划分为电压或电流类型两种，而根据激磁方式又能划分为自动型逆变器、他动型逆变器，根据波形还可以划分为方波、正弦波两种，电压型逆变器电路如图1所示。在实际应用中，光伏发电系统中的逆变器能够作为交流电和直流电的转换能量通道，而且还与二极管、逆变桥并联，逆变器线路回路在过电流保护设备和电压保护器中进行设计，利用直流符合来控制开关。在实际设计中，还需要具有完善的自动开关系统，在白天时能够及时打开收集太阳能资源，在晚上时便自行关闭，由于电容量较大，因此要合理选择逆变器进行控制。
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图1：电压类型的三相桥式逆变电路
2.2电气设计
电气设计分为一次部分设计和二次部分设计。一次部分设计应包括电力电量平衡、建设的必要性及其在配电网中的地位和作用、电压等级与接入电网方案、潮流计算、短路电流计算、无功补偿、电能质量、方案技术经济分析和电气参数要求等。二次部分设计应包括系统继电保护、自动控制装置、调度自动化、电能量计量装置及电能量远方终端和通信系统。技术指标应符合现行国家标准GB/T?29319—2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》的有关规定。光伏电站监控设备是电站运行的统一管理平台，它将光伏电站的逆变器、汇流箱、辐照仪、气象仪、电表等设备通过数据线连接起来，对这些设备进行数据采集，并将数据上传到网络服务器或本地电脑，使用户可以在电脑或者手机上实时查看相关数据，方便电站管理人员和用户对光伏电站运行数据的查看和管理，无需到现场逐台查看设备状况，大量节约人力成本，更有利于进行数据汇总、曲线生成、数据分析等，便于远程管理。
2.3箱变
在太阳能光伏发电系统中，只能有监控装置有着相变模拟量采集、通讯等功能，而且还可以和传统自动化监控系统的通信管理设备、光纤交换机功能进行结合，负责接入或者传输数据通信，进而能够实现设备通讯信息的集中与传输功能，然后通过光纤接入到自动化的监控中，并有效实现了光伏电站的远程管理与监控工作，进而满足了智能化以及没有人值守的模式。此装置的安装是在低压开关柜内进行了，除了具备通讯管理机功能以外，还起到了测控与保护的功能。箱变装置的有效应用，大大减少了通讯管理机与光纤交换机的数量，进而提升了集成度，简化了监控设备的配置，进而大大降低造价及运行成本。
2.4太阳能光伏电池
光伏电池是将太阳能辐射能量直接转换成电能的器件，光伏电池也称为光伏电池片，主要是利用经特殊工艺处理的非金属硅片，在太阳的照射下，因电子定向游离特性而形成电位差的特性。根据容量的不同，其规格大小亦有差异，156mm×156mm是太阳能光伏电站系统常用的规格，按光伏材料分为单晶硅、多晶硅和非晶硅等。单晶硅转换效率高，但价格也高;而非晶硅一般在建筑造型有特殊要求(如弯曲形、柔软形)时使用，效率较低;工程使用较多的是多晶硅，故该工程中选用156mm×156mm多晶硅光伏电池片。
2.5电气二次系统设计
2.5.1安全自动装置与UPS系统
在电气二次系统的设计方面，需要选择安全自动装置与UPS系统。前者需要对35kV架空送出线路和电缆集电线路进行保护，而UPS系统辨识交流不停电系统，能够保证蓄电池浮充电等不停电负荷予以稳定的电能供给。
2.5.2NCS
电气二次系统需要设计NCS监控系统来对系统的发电运作状态实施动态化监测以及实时性分析，针对光伏发电站的发电效能进行合理评估。NCS包含了站控层与间隔层，若站控层运行失效时，间隔层依然可以稳定运作。光伏发电站的NCS监控内容包含了逆变器、开关站配电装置、太阳能电池方阵等，可以起到保护、监控、发动警报等效果。
结语
经济的不断发展使得对于能源资源的需求量不断在提高，而不可再生能源由于其储量和开发量有限，已经逐渐面临枯竭的危机，所以我们要将目光投向可再生能源，这也是经济发展步入可持续发展的重要途径。太阳能便是一种理想的可再生能源，目前也在各个行业和领域汇总获得了广泛的应用。太阳能资源的合理应用不仅能缓解能源短缺的问题，而且还减少了环境污染问题，对于人们的环境保护起到了积极的作用，目前已经逐渐走向千家万户，应用于人们的日常生活中，这对于能源结构来说也是一种直观的优化措施。对此需要进一步提高光伏发电系统及其电气设计方案的优化，提高光伏发系统的整体运作质量，推动社会的稳定发展。
参考文献
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