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1、实训报4实训名称：光伏发电厂电气主接线设计院（系）：摘要1 .变电站，改变电压的场所。为了把发电厂发出来的电能输送到较远的地方，必须把电压升高，变为高压电，到用户附近再按需要把电压降低，这种升降电压的工作靠变电站来完成。变电站的主要设备是开关和变压器。按规模大小不同，称为变电所、配电室等。对于光伏变电站，要根据运行可靠、灵活、且经济的原则进行比较，首先应选取可靠性高且经济性好的最优的电气主接线方式；其次选择本变电站主变的台数、容量和型号。根据所选的变压器进行短路电流计算校验，由各短路电流算出短路稳态电流和短路冲击电流，对主要设备选择及校验，其中包括断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等；最
2、后根据各电压等级的额定电压和最大长期工作电流进行电气设备的选择。2 .国内外光伏发电技术随着对太阳能的开发和利用，世界各国无论是在理论研究还是应用开发都取得了巨大的进步，各国都在积极推动太阳能发电的应用。受益于光伏行业的快速发展,光伏电站的核心设备光伏组件和逆变器的技术水平也有了很大的提高。逆变器是太阳能光伏并网发电系统中的一个重要元件，其主要功能是将太阳能电池板发出的直流电逆变成交流电，并送入电网，并且具有完善的并网保护功能，保证系统能够安全可靠地运行。逆变器的核心部件从晶闸管SCR开始，历经可关断晶闸管GTO、电力晶闸管BJT、功率场效应管MOSFET、绝缘栅极晶体管IGBT、MOS控制品
3、闸管MCT等取得极大的发展，随着电力电子器件的发展，逆变器向着功率更大、开关频率更高、效率更高、体积更小发展，微处理器的诞生和发展，使逆变器采用数字式控制，效率更高、可靠性更高、谐波失真更低、精度大大提高。随着光伏电站容量、规模越来越大，对逆变器容量、效率也要求更大、更高。从目前生产情况来看，国外制造的逆变器的容量比国内大，效率比国内高。在设备制造和理论研究都取得重大发展的同时，欧美和日本等国家，光伏电站工程经验也比较丰富，设计体系较为成熟。已经形成了一套比较全面的光伏电站的设计理论和设计规范。我国在光伏产业近年来也在飞快的发展，组件产量产量份额过半，但由于我国光伏电站建设起步较晚，光伏项目中
4、逆变器等主要电气设备的制造技术相对落后。光伏电站工程设计经验也不是很丰富，国内具有大中型光伏电站设计经验的设计单位不多，有些设计院即使具有相关的设计经验，业绩也不丰富。另一方面，光伏电站相对于大中型的发输变电工程，利润低，很多设计单位都不愿意投入太多的资源去增强光伏电站的设计力量。由于上述原因的制约，我国光伏电站设计现状相对比较混乱。光伏电站很多设备及方案的设计都是按照传统的发输变电的方法和经验进行的,专门针对光伏电站工程的设计规范、标准很少，各地区各单位对于具体应该如何设计，也没有统一的理念。在过去的工程中出现了一些由于设计不合理或设计考虑不周全而造成的材料浪费致使初期投资成本过高、后期运维
5、不方便的情况。近期由于欧美针对国内光伏组件的双反调查，大部分组件制造商产品滞销，巨额亏损。为帮助光伏行业渡过难关，国家密集出台了大量扶持政策刺激国内光伏电站的建设。光伏发电工程如雨后春笋般遍地开花，在这种情况下，完善和提高我国光伏电站的设计水平，已成为光伏电站要进一步发展的大形势下的一个迫切的需求。3 .光伏电站电气主接线，主要是升压站的电气主接线，也称电气一次接线，是指由变压器、断路器、隔离开关、避雷器、互感器、电容器、母线、电力电缆等一次主电气设备，按照一定次序连接起来的电路，通常采用单线图表示。进行电气一次设计时，要充分考虑供电可靠性、运行灵活性、操作简便性、经济性以及便于扩建等因素。典
6、型的电气主接线大致可分为两大类：按照接入点数量可分为有汇流母线的接线方式（即单个接入点）和无汇流母线的接线方式（多个接入点）。其中有汇流母线接线方式分为单(双)母线和单(双)母线分段两种方式，无汇流母线接线方式可分为外桥接线方式和内桥接线方式。二.光伏发电系统电气主接线的选择1.光伏发电系统光伏电站的光伏发电系统一般情况下分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统两种，并网光伏发电系统又可以分为集中式光伏并网发电系统和分散式光伏并网发电系统，本工程采用的是集中式并网光伏发电系统,其容量为20MWP。光伏并网发电系统通过光生伏特效应产生电能，再经过逆变器、滤波器、变压器等一系列设备向电网输送有功和无
7、功,缓解了部分地区电能紧张的现状，改善了电能结构，使系统运行和供电稳定性提高。在大型的光伏并网发电系统中，光伏阵列通过光生伏特效应把太阳能转化成直流电,通常为了使光伏阵列在同样的温度和光照下产生最大的电能，会在光伏阵列中加装最大功率点跟踪(MPPT-MaximumPOWerPOintTraCking)控制，来使其运行在最大功率点，在经过逆变器(DC-AC)将直流电转化成交流电，逆变器产生的交流电又通过LCL滤波器漉除高次谐波达到电网所能接受的电能质量,再经过升压变压器并入公共电网。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、逆变器、LCL漉波器、升压变压器共同组成。变电站主接线基本要求1、运行的可靠性断路
8、器检修时是否影响供电：设备和线路故障检修时，停电数目的多少和停电时间的长短，以及能否保证对重要用户的供电。安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠是电气主接线最基本的要求。因此主接线的接线形式必须保证供电可靠。2、具有一定的灵活性主接线正常运行时可以根据调度的要求灵活的改变运行方式，达到调度的目的,而且在各种事故或设备检修时，能尽快地退出设备。切除故障停电时间最短、影响范围最小，并且再检修在检修时可以保证检修人员的安全。3、操作应尽可能简单、方便主接线应简单清晰、操作方便，尽可能使操作步骤简单，便于运行人员掌握。复杂的接线不仅不便于操作，还往往会造成运行人员的误操作而发生事故。但接线过于简单
9、，可能又不能满足运行方式的需要，而且也会给运行造成不便或造成不必要的停电。4、经济上的合理性主接线在保证安全可靠、操作灵活方便的基础上，还应使投资和年运行费用小，占地面积最少，使其尽地发挥经济效益。5、应具有扩建的可能性由于我国工农业的高速发展，电力负荷增加很快。因此，在选择主接线时还要考虑到具有扩建的可能性。变电站电气主接线的选择，主要决定于变电站在电力系统中的地位、环境、负荷的性质、出线数目的多少、电网的结构等。三.母线及线路选择1 .单母线接线方式单母线接线的优点是接线简单清晰、设备少、投资小、运行操作方便、有利于扩建。单母线接线的缺点：可靠性和灵活性差，母线或母线隔离开关检修或故障时须
10、断开全部电源。图I小母线不分段的接线方式2 .双母线接线方式两组母线间通过母线联络断路器连接，每一条引出线和电源支路都经一台断路器及其两组母线隔离开关分别接至两组母线上。双母线接线的优点：检修任一条母线时不影响正常供电；检修母线隔离开关时只影响本支路供电（隔离开关无法带负荷开断，需要分断断路器后方可）；工作母线发生故障后所有支路能迅速恢复供电；特殊需要时可以用母线联络断路器与系统进行同期并列与解列操作，因此运行调度灵活、可靠性高，同样，设备投入成本较高。3 .无汇流母线接线方式(1)单元接线发电单元出口直接经变压器接入高压系统的接线，称为发电单元-变压器组单元接线。在此基础上，每台主变压器高压
11、侧直接与一条输电线路相连接，单独送电，发电厂内不设开关站，各台主变压器问没有电气连接，称为发电机-变压器一线路组单元接线。单元接线的优点：接线简单、开关设备少、占地少、操作简便、发电机和主变压器低压测短路电流有所减小(因为反馈的电源点少)，特别是其投资可降到最低限。（2）桥型接线所谓的内、外桥接线是根据桥（图中断路器QF3）与变压器之间的距离区别的，距离近称为内桥，距离远称为外桥，远近以单元接线主断路器（图中QF1、QF2）为判断依据。内桥接线适合线路检修较频繁，且变压器不需要经常切换的情况（变压器切换时倒闸操作比较繁琐，需要同时切断QFl和QF3）。外桥接线适合适用于线路较短和变压器需经常切
12、换、且升压站有穿越功率通过的情况。四.成本对比上述几种方案，设备投资成本从高到底依次为双母线接线方式、单母线分段方式、桥式接线方式、单元接线、单母线接线（单元接线方式适合多个接入点，重复投入比单母线接线高）。断路器（自）隔离开关（6）母线（组）单母线接线方式221单母线分段接线方式342双母线接线方式362单元接线方式24O桥式接线方式35O五.光伏电站的电气主接线特点光伏电站位于电网末端，装机容量较小，投入和切出对于系统的稳定基本无影响，故光伏电站可以随时投入发电和切出停运。因此在设计时，对于光伏电站送电的可靠性的要求就不是优先考虑的。原则上，上述所有方案都适用于光伏电站电气主接线，但综合考
13、虑经济效益及接入点数量，光伏电站应优先选择投资相对较低的方案。因此，光伏电站电气主接线可采用单元接线，桥型接线或单母线接线。上述几种方案，设备投资成本从高到底依次为双母线接线方式、单母线分段方式、桥式接线方式、单元接线、单母线接线（单元接线方式适合多个接入点，重复投入比单母线接线高）O浅析主要设计方案六.浅析主要设计方案1 .光伏组件选型方案的分析开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高转换效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太阳能电池其光学带隙为1.7eV,使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，这样一来就限制了非晶硅太阳能电池的转换效率，目前电池转化效率一般在59%。此外，其光电效率会随着光照
14、时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定，衰减较快。但同时由于它的稳定性不高，使用寿命短（1O15年）。因此本工程设计选用大功率的26OW多晶硅电池组件。具有如下有点：使用寿命长，组件转换效率最高，晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单，在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装简单方便，布置紧凑，可节约场地等优点。2 .光伏阵列运行方式的设计方案分析目前大型地面光伏电站光伏支架的常用型式有两大类：固定倾角式和跟踪式。固定式布置从技术经济上要优于逐日跟踪式系统；另外逐日跟踪式系统的发电量增加值还与太阳辐射中的直接辐射、散射辐射的比例密切相关，太阳辐射中散射辐射比例越大，逐日跟踪效果越差，从太阳能资源分析结果来看，项目所在地太阳辐射中散射量的占比要达到30%以上，占比较高，这将直接影响到的逐日跟踪效果。因此，本工程组件布置采用固定式安装能获得较大的太阳辐射能量。教师意见成绩批改日期教师姓名笫页，共页
