大型集中式光伏电站并网设计要点研究

大型集中式光伏电站并网设计要点研究

宋岩

中国能源建设集团东北电力第二工程有限公司 辽宁省大连市116021

摘要：光伏电站是在我国新能源战略下衍生出的一种能源系统，在保证基础能源供应的前提下，实现了太阳能资源的合理开发，为我国生态环保水平的不断提高奠定了坚实基础。但是，随着我国新能源战略的不断深入，对于光伏电站的设计也提出了更高的要求。要对大型集中式光伏电站并网的设计要点进行分析，只有这样，才能在我国电网系统快速发展的前提下，快速挖掘光伏发电的价值。

关键词：集中式；光伏电站

1 光伏电站并网的基本原理

据国家能源局公布的数据，2022年全社会用电量为8.637 12×1013 k W·h，同比增长了3.6%，仅广东省全年用电量就已经达到了7.866 63×1011 k W·h。电能作为最主要的基础能源，是支撑国民经济发展的重要条件。但是，在传统发电过程中，通常使用火力发电及水力发电的方式，会对自然环境造成严重破坏。光伏发电、核能发电等新型的发电模式逐渐被人们所关注。

光伏发电是以太阳能电池阵列为基础，将自然环境中的太阳能转化为直流电的系统。但是，直流电不能直接进入电网，必须通过逆变器将直流电转变为交流电，才符合电网的并网需求，这也是光伏电站的并网原理。

2 电力系统一次部分设计要点

2.1 接入电压等级

随着我国对光伏新能源的关注程度不断提高，已经对光伏电站设计进行了规范，《光伏发电站设计规范》（GB 50797—2012）（以下简称《规范》）就是我国在法律法规层面，对光伏电站设计进行详细要求的一项重要标准。在《规范》内，对不同光伏电站系统进行了分类。大型光伏电站在并网的过程中，一般情况下电压等级会采用35 k V、66 k V或者110 k V。如果接入电压等级存在偏差，光伏电站中的电能无法直接并网的，这不仅会对光伏电站的基础能源造成消耗，也会对电网系统造成损伤。在对电力系统一次部分进行设计的过程中，接入电压等级是最为主要的设计要点内容。在对接入电压等级进行设计的过程中，要充分考虑不同地区电网的电压等级及电网消纳能力。常规情况下，如果电源总容量在8 k W以下，并网电压等级要控制在220 V；如果电源总容量为8～400 k W，并网电压等级要达到380 V；如果电源总容量范围为0.4～6 MW，并网电压等级要达到10 k V。

2.2 接入点

大型集中式光伏电站一旦并网，会对电网的负荷以及线路输送能力产生巨大的影响。接入点也是电力系统一次部分设计需要重点考量的内容，必须确保接入点的正确才能保证接入安全以及电网的运行安全，这对于提高大型集中式光伏电站的使用效率有着重要的影响，也是新时代背景下，不断提高光伏电站发电量的重要基础条件。在设计接入点时，主要需要考量两方面的内容，一是要充分考量接入区域电网的运行现状，确保能够满足光伏电站并网的实际需求；二是要对接入区域电网未来的规划情况进行充分考量，只有这样才能满足光伏电站并网后持续发展的需求。

一般情况下，在大型集中式光伏电站并网的过程中，通常会选择变电站为主要的接入点。主要是由于变电站能够满足大型集中式光伏电站并网的需求，也不会对电网的实际运行造成影响。在光伏电站持续性发展过程中，即使接入需求不断变化，变电站也可以满足接入需求。在选择接入点的过程中，可以将变电站作为主要的选择内容。

2.3 送出线路导线截面

分析我国2022年1—10月全国发电结构可以发现，太阳能发电量仅占2.8%，火力发电仍为最主要的发电模式，占比为69.3%。但是，传统的火力发电在实际应用中会造成大量煤炭资源的消耗，还会产生硫化物等污染物，对大气环境造成严重污染。因此，火力发电必将被新型的发电模式所取代。

太阳能发电，是以太阳能为基础，利用硬件设备发电的一种新型发电模式。在实际应用中，不仅不会对自然环境造成污染，还可以实现清洁能源的可持续循环应用。太阳能发电在未来发展中，必将成为一种主流的发电模式，这也就意味着，光伏电站的数量和规模将不断扩大。在电力系统一次部分设计中，要对送出线路导线截面进行严格设计，必须高于光伏电站最大出力。除此之外，为了适应后续电网接入，可以适当放大导线截面。导线截面对于光伏电站并网后的电能传输能力和电能传输量都有着直接的影响，在确定送出线路导线截面的过程中，尽量按照最大标准确定。

3 电力系统二次部分设计要点

3.1 继电保护

在电力系统二次部分设计中，继电保护是最为主要的设计要点，只有不断提高继电保护设计水平，才能为大型集中式光伏电站并网提供重要的保障。在继电保护设计中，可以采取以下方式，增加光纤电流差保护，多用于光伏电站送出线路；在光伏电站并网的过程中，为了提高继电保护能力，可以在光伏电站侧安装独立的防孤岛保护装置，这样可以提高电网的安全运行水平，确保光伏电站顺利并网。

3.2 调度自动化

信息化时代背景下，各行各业都已经朝着自动化的方向发展。电网系统在运行中，自动化水平也不断提高，越来越多的自动化设备及系统得以充分应用，为我国电网的高质量运行提供了重要的基础条件。在这样的背景下，大型集中式光伏电站并网的过程中，也要对调度自动化进行重点设计，只有这样，才能不断提高接入水平，为光伏电站的发展提供重要支持。调度自动化的设计主要包含自动监控系统、二次系统安全防护设备、调度数据网络接入设备等。以光伏电站调度管辖设备供电电源为例，在实际设计的过程中，为了不断提高调度自动化水平，可以采用不间断电源装置，以提高设备的工作效率。

3.3 电能计量

光伏电站作为一种新型的发电模式，对于我国电力系统能源结构调整有着重要的影响，也是实现可持续发展的重要基础条件之一。在对电力系统二次部分进行设计的过程中，电能计量也是主要的设计内容之一。常规情况下，大型集中式光伏电站并网之后，会在产权交界处设计电能计量点，对光伏电站送入电网的电量信息进行计量，这也是对大型集中式光伏电站发电能力和工作效率进行评估的一项重要基础条件，对于我国国民经济的发展有着重要的影响。在电力系统二次部分设计中，要提高对电能计量的重视程度。

3.4 通信设计

分析大型集中式光伏电站并网的电压等级可以发现，110 k V等级的电压是最主要的电压等级。针对110 k V电压等级的光伏电站，在通信设计的过程中，要设计两条通信通道，其中一条必须是光缆通道。为了不断提高大型集中式光伏电站并网的工作水平，在进行通信设计的过程中，光线传输设备和数据通信网络必须与系统接入端设备拥有一致的接口和协议，才能保证通信设备与系统接入端的设备进行快速连接，这对于提高通信水平有着重要的影响，也是电力系统二次部分设计过程中最主要的设计内容。

4 结束语

总之，光伏电站并网的基本原理是通过逆变器，将直流电转变为交流电。在对电力系统一次部分进行设计的过程中，接入电压等级、接入点、送出线路、导线截面及系统运行要求都是重要的设计内容。在电力系统二次部分设计中，继电保护、调度自动化、电能计量及通信设计是最为主要的设计内容。只有不断提高设计水平，才能为大型集中式光伏电站顺利并网提供技术支持。

参考文献

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