CN109687513A - 光伏电站及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种光伏电站及其设计方法。光伏电站包括：光伏组件，用于产生光生电流；逆变器，电连接光伏组件，用于将光伏组件产生的直流电转化为交流电；变压器，电连接逆变器，用于对交流电进行变压；连接电缆，两端分别连接逆变器与变压器，用于将交流电传输至变压器；逆变器的功率不低于阈值功率；连接电缆的横截面积不低于第一阈值面积，且连接电缆的横截面积不高于第二阈值面积，第二阈值面积大于第一阈值面积。本申请通过逆变器与连接电缆的合理搭配设置，使得逆变器与变压器之间不再需要配置汇流箱，进而有效节约了光伏电站的工程造价成本。

Description

光伏电站及其设计方法

技术领域

本申请涉及太阳能技术领域，特别是涉及一种光伏电站及其设计方法。

背景技术

随着新能源技术的进步，光伏电站快速发展。光伏电站是指一种有效利用太阳光能的发电系统，其可与电网相连并向电网输送电力。

传统的光伏电站中通常配置有汇流箱。汇流箱将光生电流汇集后，传输至变压器，并经过变压器输送给电网。但是，交流汇流箱价格昂贵，增加了光伏电站的整体工程造价。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种降低工程造价的光伏电站。

一种光伏电站，包括：

光伏组件，用于产生光生电流；

逆变器，电连接所述光伏组件，用于将所述光伏组件产生的直流电转化为交流电；

变压器，电连接所述逆变器，用于对所述交流电进行变压；

连接电缆，两端分别连接所述逆变器与所述变压器，用于将所述交流电传输至变压器；

所述逆变器的功率不低于阈值功率；所述连接电缆的横截面积不低于第一阈值面积，且所述连接电缆的横截面积不高于第二阈值面积，所述第二阈值面积大于所述第一阈值面积。

在其中一个实施例中，所述连接电缆的横截面积不高于第三阈值面积，所述第三阈值面积大于所述第一阈值面积。

在其中一个实施例中，所述第三阈值面积与所述第一阈值面积之差为70mm²。

在其中一个实施例中，所述阈值功率为100kW。

在其中一个实施例中，所述连接电缆的敷设方式为地下直埋。

在其中一个实施例中，所述连接电缆上的压降小于2％。

一种光伏电站的设计方法，包括：

选择功率不低于阈值功率的逆变器；

设计横截面积不低于第一阈值面积且不高于第二阈值面积的连接电缆；

通过所述连接电缆连接所述逆变器与变压器。

在其中一个实施例中，所述通过所述连接电缆连接所述逆变器与变压器包括：将所述连接电缆直埋于地下。

在其中一个实施例中，

在将所述电缆直埋于地下之前，还包括设计直埋的敷设系数；

所述敷设系数包括温度系数、土壤热阻系数以及并列系数，设计所述敷设系数包括设计所述温度系数为0.96，设计所述土壤热阻系数为0.93，设计所述并列系数为0.75。

在其中一个实施例中，

所述选择功率不低于阈值功率的逆变器包括：选择功率为100kW、最大输出电流为80.2A的逆变器；

设计横截面积不低于第一阈值面积的连接电缆包括：设计长度为100m且横截面积不低于105mm²的连接电缆。

上述光伏电站及其设计方法，通过逆变器与连接电缆的合理搭配设置，使得逆变器与变压器之间不再需要配置汇流箱，进而有效节约了光伏电站的工程造价成本。

附图说明

图1为一个实施例中光伏电站示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的光伏电站，可以应用于组串式光伏电站中。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种光伏电站，其包括光伏组件100、逆变器200、变压器300以及连接电缆400。

光伏组件100可以包括若干太阳能电池(未图示)。光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能电池是光伏发电的关键元件。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成光伏组件100。光伏组件100将太阳能转化为直流电能。

逆变器200电连接光伏组件100。具体地，组串式光伏电站中的逆变器200为组串式逆变器，其可以将直流电转化为交流电。逆变器200具有直流输入端210以及交流输出端220。光伏组件100电连接至直流输入端210，以将光伏组件100产生的直流电接入逆变器200，并经过逆变器200将直流电转化为交流电。

变压器300可以为箱式变压器，其电连接逆变器200。具体地，变压器300电连接逆变器200的交流输出端220，可以对逆变器200输出的交流电进行变压。变压器300将逆变器200输出的交流电进行变压后，可以输出给电网，以进行电力应用。

连接电缆400起到电力传输的作用。本申请实施例中，连接电缆400两端分别连接逆变器200与变压器300，即逆变器200与变压器300直接通过连接电缆400连接。同时，本申请实施例设置逆变器200的功率不低于阈值功率，并且连接电缆400的横截面积不低于第一阈值面积，同时连接电缆400的横截面积不高于第二阈值面积。第一阈值面积为在逆变器200选定后，在特定逆变器200下，使得连接电缆400满足国家电缆应用规范的最小横截面积。第二阈值面积为使得连接电缆400的使用费用满足经济需求的最大横截面积。经济需求可以根据实际情况进行设计。阈值功率为光伏电站在选择具有该功率逆变器200，且选择与已选逆变器200对应的横截面积为第一阈值面积的连接电缆400时，使得对应的连接电缆400上的压降满足压降需求的最小功率。压降需求可以为行业内惯用的小于2％，或者小于比2％更小的值。

因此，本申请实施例中，逆变器200与连接电缆400的设置合理搭配，相互制约。连接电缆400的横截面积不低于第一阈值面积，使得连接电缆400既可以满足远距离输电时的国家电缆规范要求；并且逆变器200的功率不低于阈值功率，使得线径相对较大(即较粗)的连接电缆400可以传输相对较大的电流，并且满足压降需求；同时连接电缆400的横截面积不高于第二阈值面积，进而可以充分利于发挥粗电缆的大过流性能，不会造成电缆性能浪费，满足经济需求。此时，逆变器200与变压器300之间不再需要配置汇流箱，进而有效节约了光伏电站的工程造价成本。

在一个实施例中，连接电缆400的横截面积还不高于第三阈值面积。第三阈值面积大于第一阈值面积，其为满足施工难度需求的最大横截面积。连接电缆400过粗会不利于施工。本实施例将连接电缆400的横截面积限制在第三阈值面积内，进而不会因太粗而影响施工。因此，本实施例有效改善了施工条件，减少了工人得施工难度。

在一个实施例中，设计第三阈值面积与第一阈值面积之差为70mm²，使得连接线缆400既不会过粗也不会过细，同时又具有较大的可偏差空间，进而便于设计实施。

在一个实施例中，设计逆变器200的阈值功率为100kW，即逆变器200的功率大于或者等于100kW。此时，逆变器200内可以输出足够大的电流，使得满足国家电缆规范而设置的相对较粗的传输电缆400上可以传输较大的载流，进而便于电能的传输。

在一个实施例中，连接电缆400的敷设方式选择为地下直埋。直埋方式简便、便捷且容易施工，具有较大得普适性。当然，本申请实施例并不以此为限制，连接电缆400的也可以在架空、管道、水底、墙壁和隧道等各种场所进行敷设的方式。

本申请实施例还提供一种光伏电站的设计方法，包括如下步骤：

步骤S1，选择功率不低于阈值功率的逆变器200。

逆变器200的功率决定其输出电流，影响与其连接的连接电缆400的设计选择。选择功率不低于阈值功率的逆变器200，使得连接电缆400上可以具有相对较大的载流能力。

步骤S2，设计横截面积不低于第一阈值面积且不高于第二阈值面积的连接电缆400。

连接电缆400的选择设计要适应已选择的逆变器200。根据已选择的逆变器200的最大输出电流，以及国家相关电缆标准，可以计算第一阈值面积的大小。在计算得出第一阈值面积后，可以根据实际经济需求进行第二阈值面积的设计。

由于逆变器200的功率影响与其连接的连接电缆400的设计选择，且逆变器200的阈值功率设计需使得连接电缆400的压降小于压降需求。因此，上述步骤S1与步骤S2相互制约，设计时互相参考。

步骤S3，通过连接电缆400连接逆变器200与变压器300。

连接电缆400连段分别连接逆变器200与变压器300，进而可以实现逆变器200与变压器300之间的电力传输。

在一个实施例中，步骤S3包括将连接电缆直埋于地下，进而更加简便快捷地实现连接电缆400的敷设。

在一个实施例中，在将电缆直埋于地下之前，还包括设计直埋的敷设系数。敷设系数包括温度系数、土壤热阻系数以及并列系数。设计敷设系数包括设计温度系数为0.96，设计土壤热阻系数为0.93，设计并列系数为0.75。因此，综合系数为0.96*0.93*0.75＝0.67。此组敷设系数可以适用于大多数地区，应用性较广。

在一个实施例中，选择功率为100kW、最大输出电流为80.2A的逆变器200，其技术参数可参考下表：

技术参数
		中国效率	98.55％
最大输入电压	1500V
		额定输入电压	1080V
额定输出功率	100000W
		最大视在功率	110000W
额定输出电压	800ac，3W+PE
		额定输出电流	72.2A
最大输出电流	80.2A

同时，设计埋设方式进行安装的连接电缆400的长度为100m，且横截面积不低于3*35＝105mm²，其规格校验数据设计参考下列数据：

载流量方式->

根据逆变器参数，最大输出电流为80.2A

敷设系数计算：

拟采用电缆直埋敷设方式，根据GB 50217-2017，

温度系数k1＝0.96

土壤热阻系数k2＝0.93

并列系数k3＝0.75

综合系数k＝k1*k2*k3＝0.67

In＝80.2A/0.67＝120A

采用ZRC-YJV22-3×35mm2电缆。

电缆压降方式校验->(参考电力工程电气设计手册一次部分)

△U％＝173/U*Ig*L(r*cosφ+x*sinφ)

一般的，逆变器出口功率因数为1，即cosφ＝1，sinφ＝0

△U％＝173/U*Ig*L(r*cosφ+x*sinφ)＝173*120*0.1*0.524/800＝1.36％。

本实施例设置的光伏电站具有全新的设计理念。从工程系统的一般性原理角度理解，系统中存在的元件或者子系统越少，则故障可能发生的位置就减少，省略交流汇流箱后，系统减少了一个故障可能发生的位置点，这是从整体角度而言提高了系统的安全稳定性。

从具体技术经济数据角度分析，省略了元件设备，降低了工程造价。按相关可参考的成本，交流汇流箱的采购价在0.04元/W左右，省略后一个100MW的光伏电站光此项费用节约了400万元，有明显的经济优势。其次，省略了交流汇流箱后，其原有的逆变器200与变压器300之间的连接电缆400的规格从两种减少为一种，有利于降低设计、采购、施工的难度，降低了工程管理成本。再次，相对于不采用本申请设计，而仍然选用传统设计，则交流汇流箱的出线电缆线径就会很大，一般100kW组串式逆变器采用3汇1交流汇流箱，电缆需采用400mm2规格，过粗的电缆不利于施工。因此本实施例改善了施工条件，减少了工人的现场施工难度。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光伏电站，其特征在于，包括：

光伏组件，用于产生光生电流；

逆变器，电连接所述光伏组件，用于将所述光伏组件产生的直流电转化为交流电；

变压器，电连接所述逆变器，用于对所述交流电进行变压；

连接电缆，两端分别连接所述逆变器与所述变压器，用于将所述交流电传输至变压器；

所述逆变器的功率不低于阈值功率；所述连接电缆的横截面积不低于第一阈值面积，且所述连接电缆的横截面积不高于第二阈值面积，所述第二阈值面积大于所述第一阈值面积。

2.根据权利要求1所述的光伏电站，其特征在于，所述连接电缆的横截面积不高于第三阈值面积，所述第三阈值面积大于所述第一阈值面积。

3.根据权利要求2所述的光伏电站，其特征在于，所述第三阈值面积与所述第一阈值面积之差为70mm²。

4.根据权利要求1所述的光伏电站，其特征在于，所述阈值功率为100kW。

5.根据权利要求1所述的光伏电站，其特征在于，所述连接电缆的敷设方式为地下直埋。

6.根据权利要求1所述的光伏电站，其特征在于，所述连接电缆上的压降小于2％。

7.一种光伏电站的设计方法，其特征在于，包括：

选择功率不低于阈值功率的逆变器；

设计横截面积不低于第一阈值面积且不高于第二阈值面积的连接电缆；

通过所述连接电缆连接所述逆变器与变压器。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过所述连接电缆连接所述逆变器与变压器包括：将所述连接电缆直埋于地下。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

在将所述电缆直埋于地下之前，还包括设计直埋的敷设系数；

所述敷设系数包括温度系数、土壤热阻系数以及并列系数，设计所述敷设系数包括设计所述温度系数为0.96，设计所述土壤热阻系数为0.93，设计所述并列系数为0.75。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述选择功率不低于阈值功率的逆变器包括：选择功率为100kW、最大输出电流为80.2A的逆变器；

设计横截面积不低于第一阈值面积的连接电缆包括：设计长度为100m且横截面积不低于105mm²的连接电缆。