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摘要：太陽能光伏發電站具有供電線路長、發電設備分布廣的特點，本文敘述了通過采用合理選擇電纜截面、變壓器的經濟運行、無功功率補償等技術等措施，實現節能降耗。

關鍵詞：光伏發電站；節能；降低損耗

1概述

我國已經確定將光伏發電作為一種重要的能源利用方式進行重點開發利用，其裝機容量和應用范圍不斷擴大，2018年我國光伏發電新增裝機約41GW，是全球光伏發電裝機容量最大的國家。根據國家能源局提供的規模發展指標，“十三五”時期，太陽能發電產業規模有望得到大幅提升，中國每年將新增1500萬~2000萬kW的光伏發電。到2020年底，太陽能發電裝機容量有望達到1.6億kW，年發電量達到1700億kWh。太陽能光伏發電站具有供電線路長、發電設備分布廣的特點，損耗高，發電量大，同時節電潛力也大，搞好各生產環節的節電，是節約能源的重要手段。一個中等規模的光伏發電站每年減少損耗幾十萬千瓦時是完全可能的。本文根據光伏發電站設計實踐，談談合理設計降低發電系統電耗的措施。

2做好節電工作的前提

（1）要做好節電工作，首先要了解常見的電能損失都有哪些，略去一些不明損失。電能損失主要可以分為固定損失、可變損失兩個部分。①固定損失。固定損失是指不隨負荷變動的損耗部分，也稱基本損失，如變壓器、電抗器、消弧線圈和各種儀表、互感器的鐵損，以及電力電容器的介質損失等，它們只與電壓和頻率有關，在通電時間內，可以認為這部分的功率損失是恒定的，電量損失即為這個恒定的功率損失與通電時間的乘積。②可變損失。可變損失是指線路中隨著負荷的變動而變化的部分。如輸電線路上的電量損失，變壓器、電抗器、儀表、互感器等設備的銅損，均隨負荷電流大小而變化，電流愈大，損失也愈大，它與電流的平方成正比。（2）做好節電設計工作，除了弄清常見的電能損失外，還要注意滿足下列前提。①不影響產品的質量、性能和產量。②不造成生產環境的惡化。如減少照明燈具時，必須考慮對工作人員的視覺影響。③能夠在較短時間內收回投資費用。在市場經濟條件下，只有能夠較快的收回投資，才有可能引起投資方對節電技術的興趣。④不引起其它費用的提高和增加額外的工作。最理想的節電措施是既節能又不增加其它額外的工作量。

3常用的節能降耗措施

3.1合理布局，降低線路損失

3.1.1合理選擇電壓等級

并網電壓是指向公共電網并網點送電的電壓等級。它分高壓（66kV及以上）、中壓（3~35kV）和低壓（380/220~690V）多個等級。在線路輸送相同的功率或容量時，流過較高電壓等級線路的電流較小，從而功率損耗較小。一般情況下優先采用較高電壓送電，如中壓送電優先采用10kV等級。

3.1.2升壓裝置深入負荷中心

升壓變壓器的位置應設在接近負荷中心處。光伏發電是可再生的清潔能源，電站運行不需要原料供運，也無污染物產生，同時考慮電站運行所需的人力、物力較少，大中型光伏發電站并網升壓站一般設在接近公共電網并網點方向的附近。但各光伏陣列的升壓變壓器宜合理利用現場地形，在利于運營生產管理及維護的前提下，應盡量設置在方陣居中心的位置，以減少直流電纜長度，降低直流損耗。將升壓變壓器置于光伏陣列邊緣，雖然可以節省檢修道路投資，而采用延伸低壓側直流或交流電纜的匯集方式，將導致線損大增，日積月累其線損耗資將會遠遠超出初期的投資。所以當生產布局決定后應及時調整變電所位置，使之始終處于負荷中心，縮短供電距離，最大限度降低低壓匯集線路的電能損耗、從而降低電壓損失和線纜有色金屬消耗量。

3.1.3合理選擇導線截面

眾所周知，當線路電流、長度、電阻率一定時，線損與導線截面成反比，增加導線截面會降低導線電阻，減少電能損耗和線路壓降。但增加導線截面會增加初次投資。對于導線截面，確定通過的電流密度多大為合理，要從技術經濟觀點考慮這個問題：應當考慮電纜的全壽命周期成本，即不僅要考慮電纜線路的初始成本，而且要同時考慮電纜在經濟壽命期間的電能損耗成本，應符合使兩項成本之和為最低的原則。采用導體經濟截面，電纜運行溫度要比電纜絕緣允許最高溫度低得多，這樣可延長電纜線路的使用壽命。工程設計中，在滿足載流量、壓降、保護配合的前提下，適當加大電纜截面，會使線路電能損耗降低。

3.2科學選擇變壓器，降低變壓器損耗

3.2.1科學確定和調整變壓器容量

當用電負荷確定之后如何確定變壓器容量，以最大限度減少變壓器損耗（簡稱變損）的問題，一般是考慮到變壓器效率，理論計算出負荷率為50%~60%時變壓器效率最高，目前變壓器容量的確定也多以此為據。但由于此負荷率是從變壓器本身設計參數出發，運行時按單位功率損耗最小、效率最高考慮的，忽略了負荷的變化及其它因素，因此在實踐中究竟如何確定其負荷率才能獲取最佳經濟效益尚須綜合分析。光伏發電受太陽輻射量直接影響，在一天中發電量一般呈現正態分布，滿載發電時間很短，可以近似按額定裝機容量確定變壓器容量。對于大中型光伏發電站來說，通常可能存在二次升壓的情況，總升壓變壓器安裝于匯集站內，就地升壓變壓器分布在光伏場區之中。總升壓變壓器受制于大電網中，供電部門對這類變壓器的設置有經濟和技術制約，一般在接入系統方案階段即會指定該工程升壓變容量（一般與裝機容量相同）。對于就地升壓變壓器由于不受供電部門的制約，故其負荷率可低于匯集站的總升壓變壓器。

3.2.2推廣使用高效節能變壓器

低損耗電力變壓器具有損耗低、質量輕、效率高、抗沖擊等優點，近年來各種低損耗電力變壓器已經得到了廣泛應用，在節約電能和降低運行費用方面已經取得了顯著效果。對于新建光伏發電站項目，應采用低損耗的節電變壓器，對于分布式光伏項目中的即有變電所，應采用隨機械設備更新，逐步更換和改造，節約電能。

3.3提高電網功率因數，減少無功功率

電能輸送過程中，在線路輸送的有功功率和運行電壓基本不變的條件下，提高功率因數以減少線路的無功分量，從而減少線路中的無功電流損耗。

3.3.1大、中型光伏電站采取高壓SVG補償方式

無功補償裝置可以減少線路壓降，提高變壓器負載能力。大、中型光伏電站一般較偏遠，送電距離長，壓降較大，功率因數降低還將使受電端電壓進一步下降，因此必須在高壓端集中進行無功補償，提高線路功率因數，減少無功電流，提高線路電壓。高壓靜止無功發生器SVG采用電力電子器件，能夠快速吸收或者發出無功功率，對容性和感性無功功率進行補償，具有補償快速，跟蹤準確的優勢。

3.3.2分布式光伏電站可以使用電容器自動投切裝置，實現自動調節補償

分布式光伏電站通常采用就地并網方式接入公共配電網絡或者配電變壓器低壓側。可推廣采用低壓移相電容器自動補償裝置，實現自動投切補償，使功率因數總是處于較理想的狀態。

3.4平衡三相負荷，減少損耗

三相負荷不平衡可導致變壓器處于不對稱運行狀態，造成變壓器的損耗增大；另對用電設備也有影響。三相不平衡的發生對線損的影響在于：各相的負荷電流不相等，就在相間產生了不平衡電流，這些不平衡電流除了在相線上引起損耗外，還將在中性線上引起損耗，這就增加了總的線損，電流不平衡度越大，線損增量也越大。因此在設計中把單相用電設備分類，均衡地分配到三相上，例如照明燈具、插座要盡量實現內部三相平衡；在實際運行中，要定期進行三相負荷的測定和調整工作，使變壓器三相電流接衡，這是無需任何設備投資且十分有效的降損措施。

3.5跟蹤技術發展，合理選用節能設備

3.5.1采用新型光伏組件和逆變器設備

結合光伏發電設備的技術進步，與通常的1000V光伏發電系統相比，采用電壓更高的1500V光伏組件及逆變器，提高光伏系統直流側系統電壓，降低直流系統工作電流，從而達到節能目的。

3.5.2采用一體化裝置替代傳統的分立設備

在大中型光伏發電站設計中，還可采用新型的逆變升壓一體機，代替原有系統中的集中式逆變器、升壓變壓器和中壓配電裝置。在縮短安裝時間，降低安裝難度的同時，省略集中式逆變器和升壓變壓器之間的低壓電纜，提高系統發電效率。

4結語

太陽能光伏發電站具有供電線路長、發電設備分布廣的特點，在降低光伏發電系統電耗方面可采用的措施很多，其中最主要的是降低輸電線路損耗、降低變壓器降耗和提高電網功率因數三方面，其它如均衡低壓電網三相負荷、采用新型節能設備等措施也很重要。總之，降低損耗、提高電能的利用率，對于促進經濟可持續發展和建設節約型社會具有重要的意義，在工程設計中需要考慮多方面因素，盡量達到節約用電的目的。

參考文獻

[1]弋東方.電力工程電氣設計手冊電氣一次部分[M].北京：水利電力出版社，1989.

作者:周振宇 單位:龍源(北京)太陽能技術有限公司