【摘要】伴随着太阳能发电领域的快速崛起，我国的太阳能发电项目也逐渐增加。由于太阳能发电技术的持续演变与使用，大型与中型光伏并网升压站的电气二次设计变得至关重要。本文将通过对这些大型与中型光伏并网升压站的电气二次设计的深入剖析，以及它们在电力系统中的功能与效果。首先介绍了光伏发电技术的发展现状和应用情况，然后对大中型光伏并网升压站的电气二次设计进行了详细的分析，包括电气设备的选型、布置和接线方式等方面。

【关键词】光伏发电；并网升压站；电气二次设计

伴随着世界对能源的持续渴望以及环保难题的逐渐加剧，当今社会对于清洁能源的开发与使用的关注度越来越高。而光伏发电，这种既环保又可循环的新型能源方案，拥有巨大的未来潜力与实际运用价值。在太阳能发电系统里，大中型的光伏并网升压站扮演了关键角色，负责把太阳能发电系统所产出的直流电变为交流电，然后将低压交流电升压至高压交流电，最后通过外送线路连接到电力网络，电气二次设备主要作用是起到保护及控制升压站内的一次设备，对升压站的安全、稳定的运行起到决定性作用，所以，对这些光伏并网升压站的电力二次设计进行详细的探讨，对于增强太阳能发电系统的效能与稳定性是非常关键的。

1.光伏行业的发展前景

由于全球的能源紧张、气候变化和环境破坏的问题越来越严重，人们对于绿色发展的认识也在不断加强，因此，世界的经济增长正在朝着低碳的方向前进。《巴黎协定》引领的全球性的气候管控，再加上中国所设定的“2030年前二氧化碳排放达到顶峰，2060年前实现碳中和”的新目标，这些都在传达一个正面的趋势。在全球的低碳变迁过程中，能源变革已经真切地进行，特别是可再生能源，如太阳能，正逐渐变成了世界各地的主导能源发展路径。“十三五”阶段，是太阳能产业达到“平价上网”的决定性阶段，而“十四五”阶段，太阳能产业将完全进入“平价上网”的新纪元。随着“平价时代”的到来，光伏产业的增长推进力正在迅速由政府推动转为市场推进，这为光伏产业的进步带来了空前的可能性。

2.光伏发电技术的发展现状、应用情况及基本结构

光伏发电技术，即通过光电作用把太阳能变换为电力的方法。伴随着这项技术的持续进步与完善，它在能源行业的使用范围也日益扩大。现如今，光伏发电技术已然变身为清洁能源行业的重要技术，并且得到了家居、工程、商务等多个行业的大规模运用。

光伏组件在光伏发电系统里占据着关键的位置，主要原理是把太阳能转化为直流电。但是，由于光伏组件所产生的是直流电，而电力系统所需的是交流电，所以必须借助逆变器来把直流电转换成交流电，然后再利用并网升压站把交流电升压后输送到电力系统。

光伏并网升压站在光伏发电系统中占据着关键的位置，其核心职责是把由光伏发电系统产出的直流电变为交流电，然后通过变压器升压把这些电输送到电网。这种大中型的光伏并网升压站主要分为电气一次设备及电气二次设备，电气一次设备主要包括主变压器及附属设备、高低压开关、无功补偿、站用变等；电气二次设备主要包括继电保护装置、测控及控制单元设备、网络通信设备、计算机监控设备等。光伏元件构成了光伏发电系统的关键组成部分，逆变器负责把光伏元件产生的直流电变为交流电，并通过逆变器同期功能保证其输出的电压和频率与电网保持一致。电气一次设备则负责把交流电提升到电网电压同时经过高压开关送入电网。电器二次设备则通过继电保护装置起着保护电气一次设备的作用，并通过测控及控制设备监视整个升压站设备的运行状态，以确保升压站能够安全、稳定的运行。

3.电气二次设计的关键技术和设计要点

3.1 并网控制技术

对于大中型的光伏并网升压站来说，并网控制技术起着至关重要的角色，该技术主要用于保障光伏发电系统和电力系统的电力交换过程的平稳和可靠。当这两个系统联接到电力系统上时，必须遵守一系列的技术规范，这些规范涵盖了电压、频率、功率因子等各个方面的标准。主要的并网控制技术涵盖了如电压调节、频率调节和功率因数调节等领域。

电压调节是指当光伏发电系统和电网联接时，通过调整逆变器的输出电压，使其与电网电压相匹配，从而保证电力传递的安全和稳定。而频率调节则是通过调整逆变器的输出频率，使其与电网的频率相匹配，同时调整逆变器的输出功率因数，来维持电网的功率因数，这就是所谓的功率因数控制。

3.2 电气保护技术

电气保护技术在大中型光伏并网升压站的应用中负责保证光伏发电系统的平稳运转。然而，在光伏发电系统处于运营状态时，有可能遭遇到诸如短路、超负荷、接地等问题，这些问题有可能给光伏发电系统带来破坏和干扰。所以，电力防护技术对于保障太阳能发电系统的平稳和安全起着关键作用。

保护技术的核心部分涵盖了如过电流保护、短路保护、接地保护等。当光伏发电系统遭遇过电流的、短路、接地问题时，都可以立即中断电源，从而确保设备与系统的平稳运作。

3.3 电气设计要点

3.3.1 电气设备的选型

在大中型光伏并网升压站的电气二次设计中，电气设备的选型是一个综合性的考量过程。其中，计算机监控系统作为核心，集成了变电站的二次设备（涵盖测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置及远动装置），通过先进的计算机技术、通信技术和信号处理技术，实现了对全站主要设备及输配电线路的自动化监视、测量、控制、保护及与调度的通信功能。在继电保护方面，针对变压器等关键电气元件，分别配置了差动保护、后备保护（如复合电压启动过流保护、零序电流保护）及非电量保护（如瓦斯保护、温度保护），确保在故障或异常状态下迅速响应。对于线路和母线，则根据电压等级配置了相应的光纤电流差动保护、距离保护、母线差动保护等，以保障电网安全。此外，控制电源系统的选型强调了稳定性、冗余性和智能化，为电气二次设备提供可靠电力支持。同时，故障录波器、火灾报警系统及图像监视系统等辅助设备也在选型中得到了充分重视，共同构建了一个高效、安全、智能的电气二次系统。

3.3.2 电气设备的布置

大中型光伏并网升压站的电气二次设计是一个综合性的工程，它必须严格遵循DL/T5136、GB14285及GB50797等标准规范，以确保设计的科学性和合规性。在配电装置的设计上，主要包括对一次设备的控制、保护、测量及信号等二次系统的详细设计和配置，旨在实现对一次设备的全面监测、精确控制和快速保护。电气二次系统的设计则需满足GB50797的要求，实现无人值班或少人值守的现代化管理目标，同时电气设备的控制、测量和信号系统需符合DL/T5136标准，保护元件的选用则需遵循GB14285的规定，最后，电缆的选择与敷设则需严格遵循GB50217、GB50797等标准，确保电缆系统的可靠性和安全性。

3.3.3 电气设备的接线方式

在进行电气设备连接时需要注意：首先，在保护配置与接线方面，光伏并网逆变器是核心设备之一，逆变器装置具备防孤岛保护功能，以确保电网停电时发电站不会反向送电。保护种类全面，涵盖电网失压、频率大范围波动、设备过流及防孤岛系统等，一旦保护装置动作，断路器将迅速跳闸，系统开路，并同步向主站发送故障预警信号。此外，箱式升压变的高压侧配置了负荷开关和过流断路器，以应对失压、过流、过载及设备故障等情况，而低压侧则配置了空开断路器，实现过电流跳闸保护及设备接地报警功能。其次，关于电流与电压互感器的接线，严格遵循规范以确保测量准确与设备安全。电流互感器的二次回路需确保只有一个接地点，防止环流产生，独立回路宜在开关场实现一点接地，和电流回路在第一级和电流处同样遵循此原则，备用二次绕组也需在开关场短接并接地。电压互感器方面，其二次回路同样只允许有一个接地点，对于经零相母线连通的几组电压互感器，其二次回路应在继电器及通信室的N600点统一接地，而独立的电压互感器二次回路则可选择在开关场实现一点接地。这些标准与注意事项共同构成了大中型太阳能发电并联升压站二次设计中电气设备接线方式的重要规范。

4.结语

未来，随着光伏发电技术的不断发展和应用，大中型光伏并网升压站的电气二次设计将面临更多的挑战和机遇。我们将继续深入研究光伏发电系统的电气二次设计，探索更多的技术方案和创新思路，为光伏发电系统的发展和应用做出更大的贡献。

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