摘要：电力是一项较为重要的基础能源，近几年来，随着我国的城市经济发展，国内的各个行业领域迎来了新的发展趋势，但是在社会发展的过程中，国内的各个行业领域对于电力能源的应用需求逐渐增大，所以对于电力企业来说，电力系统的安全运行、电力系统设计以及新技术的应用是几个较为重要的内容。
关键词：20MW光伏发电；发电系统；电气一次；设计
引言：20MW光伏发电系统在电力系统中是一个较为重要的部分，而且20MW光伏发电系统的设计质量在一定程度上影响着电力系统的运行效果，笔者在本文就电力系统的安全运行围绕20MW光伏发电系统的设计进行了深入分析，随后在探析电气一次设计的过程中主要从主接线、光伏电站集中线路以及接入电力系统三个方面进行了简要阐述。希望以下内容能够为电力系统光伏发电设计提供行之有效的理论参考。
一、光伏发电站研究对象简介
本文所选取国内某市光伏发电站作为本文的研究对象，该发电站主要的供电范围是相应的市区电网，市区电网的总面积大约在0.4立方千米，在该市的光伏发电站中20MW光伏发电系统主要针对于集中并网和分块发电两个模块中的具体应用。在光伏发电系统中光伏发电组成单元为17个，而且应用了双分裂箱式变压器实现各个光伏发电组成单元的连接，将500KW的并网逆变设备连接在双分裂箱式变压器上，连接数量设置为2台，所以1MW也就是光伏发电系统中的一个子系统，而子系统个子系统的连接运行构成了整个光伏发电系统。对该市区光伏发电站进行了综合调查，设有17台光伏发电单元、500KW并网逆变设备的数量为34台，且315伏为光伏发电系统的输出电压。
二、20MW光伏发电系统设计
1、光伏组件设计
光伏组件在光伏发电系统中是核心元部件，结合国内的光伏组件种类分析，在光伏发电系统中光伏组件的类型较多，而针对于不同生产厂家和光伏组件的不同类型对比，发现单晶或者多晶硅太阳能电池的应用性能较为稳定，而且在产品的应用时间、广电转化效率以及制作计算等各个方面较为理想，所以我国国内大型并网的光伏发电站中常用单晶或多晶硅太阳能电池。笔者通过对该市区内光伏发电站的光伏组件应用调查得知，该发电站在进行1.20MW光伏发电系统设计的过程中所选用的光伏组件为多晶硅太阳能电池，光伏组件的选用在一定程度上受光伏发电站周围环境、发电量以及光资源情况等多种因素影响。
20MW光伏发电系统设计中所需要安装的光伏组件较多，而且这些光伏组件在实际安装的过程中需要占据较大的地理面积，所以为了节省占地面积适当的减少光伏组件的安装数量，将特定的占地面积内功率较高的光伏组件作为光伏发电系统设计的首选。在多数的光伏发电系统中常用的多晶硅太阳能组件规格范围约为（250—320）W，笔者通过对光伏组件市场占有率以及光伏组件技术的成熟度、安装效率以及市场价格进行了综合考量，本文所研究的光伏发电站中20MW光伏发电系统，将多晶硅太阳能电池组件作为整体光伏系统的光伏单元组件，且单元组件的的规格范围为260W，暂时确定光伏发电系统的组件单元数量为78000块。
2、光伏组件方阵设计
光伏组件方阵的运行方式直接影响着20MW光伏发电系统接受到太阳光源的量值，所以光伏组件方阵的设计在一定程度上对20MW光伏发电系统的运行质量和运行效率有着较为重要的作用，通常情况下国内在光伏组件方阵这一领域主要应用自动跟踪和固定安装式组件方阵，自动跟踪式组件方阵的优势就是能够对自身的倾斜角度进行调整，以最为合适的倾斜面实现太阳能光源量值的最大限度获取，从而促进整个20MW光伏发电系统发电量的优化，但是自动跟踪式组件方阵存在着装置复杂、成本较高、以及占地面积大等方面的问题，此外自动跟踪式光伏组件方阵在发电的过程中还会消耗获取的部分电量，而相应的电力系统工作人员要想对逆变设备进行集中的调控存在着较大的难度，后期的运维工作与投资费用也是自动跟踪式光伏组件方阵的一大问题。所以本文针对于自动跟踪式光伏组件的优缺点分析，最后选择了固定安装式光伏组件方阵。
为了实现对太阳光源量值的最大限度获取，在应用固定安装式光伏组件的过程中对光伏组件方阵的倾斜角度予以了特别关注，设计人员结合了该光伏发电站的地理位置和周边的环境对固定安装式光伏组件方阵的倾斜角进行了核算，最后得出最为理想的倾斜角度。本文将工程投入发电运行的年份作为核算的基础资料，利用了PVSYST模拟软件核算出固定安装式光伏组件方阵每个月度获取太阳光源量的平均值，当固定安装式光伏组件方阵的倾斜角在23°的时候，方位角为0°且该光伏发电站整个电力运行年度所获取的太阳光源量值最大。
3、光伏方阵设计
在光伏方阵设计的过程中光伏组件陈列平面的布置以及光伏方阵的间距设计为两个重要的内容，首先在光伏组件陈列平面布置设计中，将光伏方阵倾斜角确定在23°，依次在各个光伏组件的支架中设置安装一个直流回路，并将整体的直流回路组装设置为串联、光伏组件的数量确定为22块、预计光伏组件支架中所含有的各个直流回路总容量在5720左右，光伏组件支架的数量为206个，而光伏方阵的陈列平面布置为2x11。
其次针对于光伏方阵的间距设计应注意不同时间段光伏组件阴影长度的计算，要想实现在冬季9:00-15:0期间光伏方阵获取太阳光源不会被遮挡，那么就必须确定方阵光伏组件的阴影长度，通过对阴影长度的计算得出阴影长度应为2.1米，且方阵光伏组件的南北间接应在5.2米，针对于该市内光伏发电站发电系统光伏组件方阵间距的设计中南北间距确立为5.2米。
三、电气一次设计研究
1、接入电力系统
在光伏发电系统接入电力系统时设计人员应结合不同发电站场地的具体情况，以及变电站距离、变电站接收程度等各方面因素，相应的工作人员应在光伏变电站中接入X回架空线路的过程中对电力输送容量进行合理的控制，保证电力输送容量一直持续在20MW左右的范围内，同时电站与电站之间的电力输送距离设置在11千米左右的范围内。
2、电气主接线
在电气一次35KV开关站电气接线的设计过程中，首先开关站的侧接线在接入总电力系统的过程中应选择单母线，同时在设置高压开关柜的位置阶段应将高压开关柜放置在母线接线上，在实际的电力系统运行中通过对高压开关柜的利用实现电力系统运行质量的优化。
3、光伏电站集中线路
在输电线路的搭设过程中常用架空线、或者电缆两种方式，但是从美观和阴影两个分析，架空线并不具备可选性，所以本文针对于光伏电站集中线路所选择的输电线路搭设方式为电缆，此外不同类别不同方式集电线路的利用能够促进电力系统的稳定运行。
结束语
综上所述在光伏发电站的设计过程中所涉及到的光伏方阵、光伏组件等各方面的设计均对光伏电力系统的运行发挥着重要的作用，那么针对于光伏电力系统的设计要想实现设计质量和运行水平的提高，光伏方阵的倾斜角、光伏方阵的距离、以及光伏组件的选择是较为重要的三个内容，通过固定安装式太阳能光伏组件的应用，不仅改善了安装难度，而且对于光伏电力系统的建设来说也达到了节省成本的目的，通过对光伏方阵倾斜角的核算，实现了太阳光源量值的最大限度获取，从而促进光伏电力系统输电量的提高。此外在电气一次设计的过程中，电缆的选择具备着较大的优势，例如避免架空线对光伏方阵所造成的阴影，影响光伏方阵的运行效果，再如集电线路的灵活性应用能够进一步的优化电力系统的运行质量。
参考文献：
[1]邵巍.浅析20MW光伏发电系统和电气一次设计[J].科学技术创新,2019(02):37-38.
[2]董卓识.20MW光伏发电系统及其电气一次设计的探析[J].电工技术,2018(17):44-45+48.
[3]朱辉.探究20MW光伏发电系统与电气一次设计[J].山东工业技术,2018(12):181.
[4]王睿.20MW光伏发电系统与电气一次设计[J].工程建设与设计,2018(06):57-58.
论文作者:阮洋洋,姚华
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/29
标签：光伏论文; 组件论文; 方阵论文; 系统论文; 发电站论文; 电力系统论文; 电气论文; 《中国电业》2019年第12期论文;