目前光伏電站發(fā)電廠區(qū)的系統(tǒng)接線方式存在設(shè)計(jì)、施工的隨意性，很多設(shè)計(jì)方案都帶有不同設(shè)計(jì)人員的自我習(xí)慣，而未在設(shè)計(jì)階段考慮電纜的不同敷設(shè)路徑和方法帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益。本文針對(duì)漂浮式發(fā)電站，從光伏發(fā)電站的關(guān)鍵設(shè)備選擇入手，詳細(xì)論述了一體式漂浮光伏發(fā)電站子方陣的典型設(shè)計(jì)方案及各個(gè)環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，由此在一定程度達(dá)到降低光伏系統(tǒng)成本、走線便利、設(shè)備維護(hù)方便等優(yōu)勢(shì)。

原方案介紹

原方案發(fā)電容量為10 MW，采用漂浮式方案。通過(guò)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)綜合比較，光伏組件選用多晶硅光伏組件，并網(wǎng)逆變器選用1 MW 的集中式逆變器。

工程中光伏組件陣列由10 個(gè)1 MW 子系統(tǒng)組成。每個(gè)子系統(tǒng)包括1 臺(tái)1 MW 集中式逆變器，每臺(tái)逆變器并聯(lián)接入192 路光伏組串單元，每個(gè)組串由18 塊光伏組件串聯(lián)組成。輸入防雷匯流箱經(jīng)電纜接入逆變器直流側(cè)，然后經(jīng)并網(wǎng)逆變器逆變后的三相交流電經(jīng)電纜引至35 kV 箱式升壓變壓器( 箱式升壓變電器) 配電裝置升壓后送至220 kV 開(kāi)關(guān)站的35 kV 配電室。箱式升壓變壓器與并網(wǎng)逆變器相鄰布置。

10 MW 光伏組件利用浮體連成一個(gè)11.5 萬(wàn)m2 的“大浮島”，匯流箱放置在浮體上，匯流箱出線電纜通過(guò)浮體接到岸邊的逆變器和升壓站。具體總平面布置圖如圖1 所示，現(xiàn)場(chǎng)照片如圖2、圖3 所示。

優(yōu)化設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)方案在實(shí)施過(guò)程中暴露出較多問(wèn)題，如：集中式逆變器布置于岸邊造成直流電纜過(guò)長(zhǎng)、線損過(guò)大;每組串聯(lián)組件數(shù)量少，造成電纜數(shù)量多;電纜無(wú)固定通道，易垂入水中。針對(duì)以上問(wèn)題，從主要設(shè)備選型角度考慮優(yōu)化方案。

逆變器的選擇以及布置

由于原設(shè)計(jì)方案中集中式逆變器在岸邊，易造成直流電纜過(guò)長(zhǎng)、線損過(guò)大，布線困難。故優(yōu)化后的逆變器選擇組串式，選用華為60kW 逆變器SUN2000HA-60KTL，逆變器的主要參數(shù)詳見(jiàn)表1。

逆變器的位置應(yīng)根據(jù)組件實(shí)際布置情況排布，并考慮減少損耗、降低施工難度、方便后期維護(hù)、降低成本等原則。

對(duì)于組串式逆變器，需考慮逆變器散熱問(wèn)題，逆變器不能斜躺在浮體之上，需有專門的支架來(lái)安裝逆變器;需考慮陰影遮擋問(wèn)題，支架高度不宜過(guò)高，滿足底部接線最低標(biāo)準(zhǔn)高度即可。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)中將逆變器放置在浮島一側(cè)，盡可能減少浮體數(shù)量和線損，同時(shí)便于安全維護(hù)。圖4 是優(yōu)化方案后1.6 MW 子方陣組串式逆變器相應(yīng)的布置方案。

組串設(shè)計(jì)及布線

在1500 V 電壓等級(jí)下，組件組串、線纜、匯流箱數(shù)量均會(huì)減少，接線安裝成本等會(huì)有所降低;同時(shí)，設(shè)備的功率密度提升，體積減小，運(yùn)輸、維護(hù)等方面工作量也減少，有利于光伏系統(tǒng)的優(yōu)化和成本的降低。因此，選用1500 V 電壓等級(jí)的系統(tǒng)做如下組串設(shè)計(jì)。光伏組件串聯(lián)的數(shù)量由逆變器的最高輸入電壓、MPPT 工作電壓，以及光伏組件最大耐壓值確定;光伏組串并聯(lián)的數(shù)量由逆變器的額定容量確定。

現(xiàn)在計(jì)算單個(gè)方陣組件的串聯(lián)數(shù)量：

1)計(jì)算串聯(lián)數(shù)量。光伏組件的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件為光照強(qiáng)度1000 W/m2、工作溫度為25 ℃，在排除光伏組件工作溫度修正系數(shù)的影響條件下，計(jì)算光伏組件最大串聯(lián)數(shù)量Smax 和最小串聯(lián)數(shù)量

式中，Vmpptmax 為逆變器MPPT 電壓最大值，V;Vmpptmin 為逆變器MPPT 電壓最小值，V;Voc為光伏組件的開(kāi)路電壓，V;Vpm 為光伏組件的工作電壓，V。

2)輸出電壓驗(yàn)算。項(xiàng)目所在地的光照強(qiáng)度為1000 W/m2、最高溫度為38 ℃，冬天日間最低組件工作溫度為-9.3 ℃?？紤]組件的溫度修正系數(shù)，在串聯(lián)20～37 塊組件時(shí)，此組串的最高輸出電壓Vmax 及最低輸出電壓Vmin 為：

式中，N 為光伏組件的串聯(lián)數(shù)，N 取整數(shù);Kv 為光伏組件的開(kāi)路電壓溫度系數(shù);t 為光伏組件工作條件下的極限低溫，℃;t ′ 為光伏組件工作條件下的極限高溫，℃。

由于串聯(lián)37 塊組件的最高輸出電壓Vmax 超出逆變器最大MPPT 工作電壓1450 V，通過(guò)調(diào)整串聯(lián)數(shù)發(fā)現(xiàn)，在串聯(lián)33塊組件時(shí)Vmax為1409 V，滿足逆變器要求。

組件串聯(lián)數(shù)量越大，匯流箱的數(shù)量將越少，各組串間并聯(lián)用的電纜長(zhǎng)度就會(huì)減少;又因?yàn)槟孀兤髯畲竽蛪簽?500 V，需盡可能選取組件串聯(lián)的最大數(shù)。綜合光伏陣列布置、支架設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì)等多方面要求，本項(xiàng)目采用275 W多晶硅組件32 塊串聯(lián)，即單列組件串聯(lián)個(gè)數(shù)為32 塊。

為了節(jié)省電纜和線損，設(shè)計(jì)采用更合理的U型走線，具體示意圖如圖6 所示。

浮體以及浮體組合優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)南北通道上的用于敷設(shè)電纜的浮體數(shù)量較多、成本大，電纜容易垂在水中等問(wèn)題，對(duì)浮體本身功能及各種浮體之間如何布置進(jìn)行優(yōu)化。

一體式浮體采用模塊化設(shè)計(jì)，分主浮體、輔助浮體和連接件，組裝快速、簡(jiǎn)單。主、輔助浮體采用一體式模型，無(wú)需金屬支架，傾角為13°，組件可直接安裝。本次方案設(shè)計(jì)對(duì)主浮體和輔助浮體增加了電纜槽。圖7、圖8 分別為主、輔助浮體圖。

浮體大布局設(shè)計(jì)采用矩形設(shè)計(jì)，主、輔助浮體之間靠連接件連接。主浮體主要是用來(lái)承載組件;無(wú)凹槽的輔助浮體作用是連接前后主浮體，有凹槽的輔助浮體主要是負(fù)責(zé)浮體左右連接，以及作為電纜通道的支撐。

為降低成本，輔助浮體采取間隔連接，既可滿足浮體組合要求，又可減少浮體數(shù)量，降低成本。而對(duì)于外圍浮體，考慮到防浪和后期維護(hù)的問(wèn)題，需要滿鋪。

光伏專用電纜走線優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前許多漂浮項(xiàng)目電纜都是平鋪在浮島之上，有時(shí)甚至?xí)湓谒?，為了避免此類情況，本文對(duì)光伏專用電纜敷設(shè)進(jìn)行了以下優(yōu)化：

1) 組串內(nèi)部采用U 型走線，兩排組件南北方向跨接處采用橋架板連接，電纜穿管放置在橋架板之上，具體如圖10 所示。

2) 在主浮體高側(cè)外延預(yù)埋螺栓，通過(guò)鋼絲連接相鄰主浮體的螺栓，電纜搭接固定在鋼絲之上，可有效避免電纜遇水，如圖11 所示。