光伏电气设计 | 海上光伏电站电气设备选型和设计优化
光伏电气设计 | 海上光伏电站电气设备选型和设计优化
随着可再生能源的快速普及和国家政策支持，海上光伏电站在我国的发展日趋火热。设备选型是光伏电站建设的关键环节，尤其是在电气设备选型方面，如何进行科学合理的选型是实现光伏电站全面高效运行的关键之一。本文从海上光伏电站特点出发，探索了海上光伏电气设备选型的方法和依据，以及不同电气设备的选型标准和存在的问题，并结合实际情况提出优化建议，为海上光伏电站电气设备选型提供有价值的参考。
引言
随着全球环境保护与可再生能源的日益重视，光伏电站作为清洁能源的代表，日益受到政府和市场的广泛关注。海上光伏电站因其占用面积小、环境适应能力强、资源条件优越等特点，成为当前可再生能源领域发展的重点之一。电气设备是保证光伏电站正常建设和运行的重要组成部分，对光伏电站的效益、安全和稳定性起到决定性作用。因此，如何进行科学合理的光伏电气设备选型是保证光伏电站全面高效运行的关键之一。本文将探讨海上光伏电气设备选型的方法和依据，以及不同电气设备的选型标准和存在问题，并提出优化建议。
海上光伏电站电气设备选型方法和依据
1.1 综合考虑光伏电站的特点
海上光伏电站的特点是独特的，光照强度、温度等参数与陆地地区有很大不同。因此，在进行海上光伏电气设备选型时，需要综合考虑海上特有的环境因素，如海浪、风、盐雾等因素，以及太阳辐射、负载、电流、温度等电气参数的影响。
1.1.1 环境温度的降低及变化对电气设备性能的影响
在海水环境下，其温度会随着时间段的变化而发生变化，对环氧树脂电气产品，容易产生开裂、塑性变形等损坏事件，可能造成电气安全事故。海上的环境温度相对较低，开关柜内的元器件必须满足低温环境的要求，如塑料配件塑性变形的选择和润滑方式的选择等。
1.1.2 电气元器件及连接部位的海水腐蚀影响
海上还有可能存在粉尘、盐雾、高污秽腐蚀性气体等使用环境，当其与潮湿性环境发生反应后，其腐蚀性也会变得极强。随着其所处时间的延长，可能还会出现下述问题：裸铜母线的部分部位可能会变为浅蓝色或黑色并脱落；腐蚀镀银母线和镀银开关接头，导致银线突出（银须效应）；母排过热，母排的连接处的导电性降低，这会引发高电阻现象，可能会出现母排接触点温度过高等问题；抽取式镀银触点开始氧化，触点变黑，并开始出现过热。以上问题如果是一次回路出现故障，可能会导致绝缘击穿、过热，从而引发接地故障；如果是二次回路出现故障，将出现误报、误分合或拒动等问题，直接影响设备的安全性能，同时将造成事故停电。
1.1.3 海水环境下对箱变及设备平台结构零件的腐蚀影响
箱变及设备平台结构零件的表面处理工艺直接影响电气设备的安全运行，特别是海水环境下箱变及设备平台结构零件表面处理尤为重要，漆膜工艺和厚度，镀锌层工艺、附着力和厚度等指标等应该根据实际使用情况进行调整。不同腐蚀程度对应了不同的指标等级，在选择镀锌层厚度、防护漆品牌时，也应该根据实际的腐蚀程度进行调整，减少海水环境对箱变及设备平台结构件的腐蚀作用，同时加强电化学腐蚀防护措施。须要注意的是，一旦箱变及设备平台结构零部件受到腐蚀，产品的性能也会受到影响，例如：采用HDPE材质箱变设备平台结构部件就不容易受到腐蚀，不会引发产品性能问题。
图1 HDPE材质箱变平台海水环境下应用
1.1.4 海水环境下对箱变及逆变器元器件的腐蚀影响
箱变及逆变器元器件在海水环境下非常容易受到腐蚀，如果元器件要应用于海水环境中，一方面要提升其设计的防护等级，在元器件的结构设计阶段，就要考虑在海水环境下腐蚀影响，提高防护等级，对其中设计不合理的地方进行优化；另一方面，还可以根据海水环境的实际情况，依照我国的相关规范与标准，选择相应的金属材料进行控制，例如：进口敷铝锌钢板的耐腐蚀能力极强，通过表面处理工艺对金属板材进行优化（例如加钝化处理），都能够提升元器件在海水环境中的耐腐蚀能力。除此之外，涂层附着力、涂层厚度、质量检测标准等，都是须要考虑的因素。
1.1.5 强紫外线对电气设备的影响
海面无遮挡广阔光伏电站受到太阳辐射较多，同个地区不同时间段的太阳辐射也不相同，较强的紫外线会加热电气设备或电缆材料，特别是对吸热较强的颜色特别明显，造成绝缘材料的性能下降，使导电体之间的空气电离形成短路故障；同时也会造成部分材料塑性变形产生结构强度下降。
1.2 参考国家标准和规定
在进行海上光伏电气设备选型时，需要严格遵守相关的国家标准和规定，如国家对电气设备安全的相关标准、国家对光伏电站运行的《技术条件》等，以保证海上光伏电站电气设备的安全可靠性和稳定性[1]。
1.3 根据运行特点进行选型
海上光伏电站在运行过程中具有很强的时效性和负载变化性，因此在进行电气设备选型时需要根据实际情况进行合理选型，如逆变器的选型需要考虑其输出功率、波形失真、转换效率等因素，组串式逆变器在小功率波动情况下运行效果较佳[2] 。海上光伏电站内电气设备种类繁多，包括逆变器、变压器、直流汇流箱、接触器等。在选型过程中，需要根据设备的性能、功率、适用环境等参数进行综合考虑，建立适用的选型标准。此外，针对不同设备，还需要考虑产品的品牌、服务质量、售后服务等因素。
不同电气设备的选型标准
2.1 逆变器的选型标准
逆变器作为海上光伏电站电气设备中的关键部件之一，其选型标准主要依据输出功率、输出电压、波形失真、转换效率等因素。在实际运行中，由于海上光伏电站环境的不稳定性，逆变器的运行稳定性和抗干扰性会受到影响，存在噪声干扰、视在功率问题等问题。
2.2 电缆的选型标准
电缆作为海上光伏电站电气设备中的重要组成部分，其选型标准主要依据导体材料、结构形式、绝缘材料等因素。在实际运行中，由于海上环境的特殊性，电缆的敷设难度增大，容易受到水浸、腐蚀等因素的影响，存在维护难度较大的问题。
2.3 变压器选型标准
变压器是将逆变器输出的低电压交流电转化为高电压交流电，并输送到电网中的设备。在选择时，需要考虑其额定电压、变比、容量等参数，并根据变压器的存在问题选择相应的品牌和规格。
2.4 光伏组件的选型标准
光伏组件作为海上光伏电站电气设备中的重要组成部分，其选型标准主要依据组件功率、组件转化效率、组件封装工艺、温度系数等因素。在实际运行中，由于海上环境的特殊性，组件组存在容易受到潮湿、盐雾、高温等因素影响，因此需要考虑组件的防腐蚀和防湿防潮等措施。
2.5 直流汇流箱
直流汇流箱是将太阳能电池板输出的直流电集中到一起传输到逆变器的设备。在选择时，需要考虑其最大电流、电压等参数，并根据直流汇流箱的存在问题选择相应的品牌和规格。
2.6 接触器
接触器是用于断开或连接电路的电器，主要应用于逆变器和电网之间的连接电路中。在选择时，需要考虑其最大额定电流、额定电压等参数，并根据接触器的存在问题选择相应的品牌和规格。
存在问题
3.1 可靠性问题
部分电气设备的质量不能保证，容易出现故障或失效。需要探究和研究电气设备的制造工艺和生产流程，并对相关因素进行考虑和评估。
3.2 安全问题
海上光伏电站运行环境较为专业化，并需要遵守多项法律法规，但仍有可能发生电气安全事故。因此，电气设备的选型和使用一定要遵循相关法规，保障人员的安全和设备的正常运行。
优化建议
4.1 加强选型依据的科学性
在电气设备选型时，需要根据实际情况综合分析各种因素，确立科学合理的选型标准，以提高海上光伏电站电气设备的选型精度。
4.2 优化电气设备的结构和材料
在电气设备的生产制造中，需要加强结构设计和材料选择，优化电气设备的防潮防腐蚀性能，提高电气设备的使用寿命，降低运维成本。
4.3 技术创新和应用
针对海上光伏电站电气设备的实际需求，加大科技创新力度，将先进技术应用于电气设备生产和运行过程中，提升电气设备的运行效率和稳定性。
结语
电气设备的选型对于海上光伏电站的运行至关重要。选型时需要考虑设备的性能、功率、适用环境等因素，并根据存在问题选择合适的品牌和规格。同时，还需要探究和研究电气设备的制造工艺和生产流程，并遵守相关法律法规，确保海上光伏电站的正常运行和人员安全。
海上光伏电站电气设备选型是光伏电站建设的重要组成部分，合理科学的电气设备选型是保障光伏电站全面高效运行的关键之一。本文分析了海上光伏电站电气设备选型的方法和依据，探讨了不同电气设备的选型标准和存在的问题，并提出了优化建议，为海上光伏电站电气设备选型提供有价值的参考。