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摘要：太阳能光伏发电站具有供电线路长、发电设备分布广的特点，本文叙述了通过采用合理选择电缆截面、变压器的经济运行、无功功率补偿等技术等措施，实现节能降耗。
关键词：光伏发电站；节能；降低损耗
1概述
我国已经确定将光伏发电作为一种重要的能源利用方式进行重点开发利用，其装机容量和应用范围不断扩大，2018年我国光伏发电新增装机约41GW，是全球光伏发电装机容量最大的国家。根据国家能源局提供的规模发展指标，“十三五”时期，太阳能发电产业规模有望得到大幅提升，中国每年将新增1500万~2000万kW的光伏发电。到2020年底，太阳能发电装机容量有望达到1.6亿kW，年发电量达到1700亿kWh。太阳能光伏发电站具有供电线路长、发电设备分布广的特点，损耗高，发电量大，同时节电潜力也大，搞好各生产环节的节电，是节约能源的重要手段。一个中等规模的光伏发电站每年减少损耗几十万千瓦时是完全可能的。本文根据光伏发电站设计实践，谈谈合理设计降低发电系统电耗的措施。
2做好节电工作的前提
（1）要做好节电工作，首先要了解常见的电能损失都有哪些，略去一些不明损失。电能损失主要可以分为固定损失、可变损失两个部分。①固定损失。固定损失是指不随负荷变动的损耗部分，也称基本损失，如变压器、电抗器、消弧线圈和各种仪表、互感器的铁损，以及电力电容器的介质损失等，它们只与电压和频率有关，在通电时间内，可以认为这部分的功率损失是恒定的，电量损失即为这个恒定的功率损失与通电时间的乘积。②可变损失。可变损失是指线路中随着负荷的变动而变化的部分。如输电线路上的电量损失，变压器、电抗器、仪表、互感器等设备的铜损，均随负荷电流大小而变化，电流愈大，损失也愈大，它与电流的平方成正比。（2）做好节电设计工作，除了弄清常见的电能损失外，还要注意满足下列前提。①不影响产品的质量、性能和产量。②不造成生产环境的恶化。如减少照明灯具时，必须考虑对工作人员的视觉影响。③能够在较短时间内收回投资费用。在市场经济条件下，只有能够较快的收回投资，才有可能引起投资方对节电技术的兴趣。④不引起其它费用的提高和增加额外的工作。最理想的节电措施是既节能又不增加其它额外的工作量。
3常用的节能降耗措施
3.1合理布局，降低线路损失
3.1.1合理选择电压等级
并网电压是指向公共电网并网点送电的电压等级。它分高压（66kV及以上）、中压（3~35kV）和低压（380/220~690V）多个等级。在线路输送相同的功率或容量时，流过较高电压等级线路的电流较小，从而功率损耗较小。一般情况下优先采用较高电压送电，如中压送电优先采用10kV等级。
3.1.2升压装置深入负荷中心
升压变压器的位置应设在接近负荷中心处。光伏发电是可再生的清洁能源，电站运行不需要原料供运，也无污染物产生，同时考虑电站运行所需的人力、物力较少，大中型光伏发电站并网升压站一般设在接近公共电网并网点方向的附近。但各光伏阵列的升压变压器宜合理利用现场地形，在利于运营生产管理及维护的前提下，应尽量设置在方阵居中心的位置，以减少直流电缆长度，降低直流损耗。将升压变压器置于光伏阵列边缘，虽然可以节省检修道路投资，而采用延伸低压侧直流或交流电缆的汇集方式，将导致线损大增，日积月累其线损耗资将会远远超出初期的投资。所以当生产布局决定后应及时调整变电所位置，使之始终处于负荷中心，缩短供电距离，最大限度降低低压汇集线路的电能损耗、从而降低电压损失和线缆有色金属消耗量。
3.1.3合理选择导线截面
众所周知，当线路电流、长度、电阻率一定时，线损与导线截面成反比，增加导线截面会降低导线电阻，减少电能损耗和线路压降。但增加导线截面会增加初次投资。对于导线截面，确定通过的电流密度多大为合理，要从技术经济观点考虑这个问题：应当考虑电缆的全寿命周期成本，即不仅要考虑电缆线路的初始成本，而且要同时考虑电缆在经济寿命期间的电能损耗成本，应符合使两项成本之和为最低的原则。采用导体经济截面，电缆运行温度要比电缆绝缘允许最高温度低得多，这样可延长电缆线路的使用寿命。工程设计中，在满足载流量、压降、保护配合的前提下，适当加大电缆截面，会使线路电能损耗降低。
3.2科学选择变压器，降低变压器损耗
3.2.1科学确定和调整变压器容量
当用电负荷确定之后如何确定变压器容量，以最大限度减少变压器损耗（简称变损）的问题，一般是考虑到变压器效率，理论计算出负荷率为50%~60%时变压器效率最高，目前变压器容量的确定也多以此为据。但由于此负荷率是从变压器本身设计参数出发，运行时按单位功率损耗最小、效率最高考虑的，忽略了负荷的变化及其它因素，因此在实践中究竟如何确定其负荷率才能获取最佳经济效益尚须综合分析。光伏发电受太阳辐射量直接影响，在一天中发电量一般呈现正态分布，满载发电时间很短，可以近似按额定装机容量确定变压器容量。对于大中型光伏发电站来说，通常可能存在二次升压的情况，总升压变压器安装于汇集站内，就地升压变压器分布在光伏场区之中。总升压变压器受制于大电网中，供电部门对这类变压器的设置有经济和技术制约，一般在接入系统方案阶段即会指定该工程升压变容量（一般与装机容量相同）。对于就地升压变压器由于不受供电部门的制约，故其负荷率可低于汇集站的总升压变压器。
3.2.2推广使用高效节能变压器
低损耗电力变压器具有损耗低、质量轻、效率高、抗冲击等优点，近年来各种低损耗电力变压器已经得到了广泛应用，在节约电能和降低运行费用方面已经取得了显著效果。对于新建光伏发电站项目，应采用低损耗的节电变压器，对于分布式光伏项目中的即有变电所，应采用随机械设备更新，逐步更换和改造，节约电能。
3.3提高电网功率因数，减少无功功率
电能输送过程中，在线路输送的有功功率和运行电压基本不变的条件下，提高功率因数以减少线路的无功分量，从而减少线路中的无功电流损耗。
3.3.1大、中型光伏电站采取高压SVG补偿方式
无功补偿装置可以减少线路压降，提高变压器负载能力。大、中型光伏电站一般较偏远，送电距离长，压降较大，功率因数降低还将使受电端电压进一步下降，因此必须在高压端集中进行无功补偿，提高线路功率因数，减少无功电流，提高线路电压。高压静止无功发生器SVG采用电力电子器件，能够快速吸收或者发出无功功率，对容性和感性无功功率进行补偿，具有补偿快速，跟踪准确的优势。
3.3.2分布式光伏电站可以使用电容器自动投切装置，实现自动调节补偿
分布式光伏电站通常采用就地并网方式接入公共配电网络或者配电变压器低压侧。可推广采用低压移相电容器自动补偿装置，实现自动投切补偿，使功率因数总是处于较理想的状态。
3.4平衡三相负荷，减少损耗
三相负荷不平衡可导致变压器处于不对称运行状态，造成变压器的损耗增大；另对用电设备也有影响。三相不平衡的发生对线损的影响在于：各相的负荷电流不相等，就在相间产生了不平衡电流，这些不平衡电流除了在相线上引起损耗外，还将在中性线上引起损耗，这就增加了总的线损，电流不平衡度越大，线损增量也越大。因此在设计中把单相用电设备分类，均衡地分配到三相上，例如照明灯具、插座要尽量实现内部三相平衡；在实际运行中，要定期进行三相负荷的测定和调整工作，使变压器三相电流接衡，这是无需任何设备投资且十分有效的降损措施。
3.5跟踪技术发展，合理选用节能设备
3.5.1采用新型光伏组件和逆变器设备
结合光伏发电设备的技术进步，与通常的1000V光伏发电系统相比，采用电压更高的1500V光伏组件及逆变器，提高光伏系统直流侧系统电压，降低直流系统工作电流，从而达到节能目的。
3.5.2采用一体化装置替代传统的分立设备
在大中型光伏发电站设计中，还可采用新型的逆变升压一体机，代替原有系统中的集中式逆变器、升压变压器和中压配电装置。在缩短安装时间，降低安装难度的同时，省略集中式逆变器和升压变压器之间的低压电缆，提高系统发电效率。
4结语
太阳能光伏发电站具有供电线路长、发电设备分布广的特点，在降低光伏发电系统电耗方面可采用的措施很多，其中最主要的是降低输电线路损耗、降低变压器降耗和提高电网功率因数三方面，其它如均衡低压电网三相负荷、采用新型节能设备等措施也很重要。总之，降低损耗、提高电能的利用率，对于促进经济可持续发展和建设节约型社会具有重要的意义，在工程设计中需要考虑多方面因素，尽量达到节约用电的目的。
参考文献
[1]弋东方.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].北京：水利电力出版社，1989.
作者:周振宇 单位:龙源(北京)太阳能技术有限公司
