一种海上光伏发电的集电系统及方法

技术领域

本发明涉及电气电工技术领域，尤其涉及一种海上光伏发电的集电系统及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

由于风光的不同特性，使得海上风力发电与光伏发电存在一定的互补性。但深远海海上环境异常恶劣，需考虑台风和大海浪影响，甚至电气设备可能存在浸入海水中的风险，因此保证电气设备在海上工作的可靠性极为重要。

发明人发现，目前仅有近海漂浮式光伏项目，采用逆变器、汇流箱等电气设备置于浮体平台。由于近海环境条件较好，尚能保证电气设备正常运行。在深远海条件下，可能有大波浪侵袭，或者设备短期浸水的风险。目前，市场上成熟的光伏逆变器产品最高防护等级仅为IP66，不能满足短期浸水要求，且汇流箱等设备由于需要开启，因而更难保证其防水性能。常规的普通电缆通过穿管保护能够承受一定的应力，但由于深海波浪载荷较大，是否能在全生命周期内适应该载荷仍不确定。同时，海上环境的高湿度，腐蚀性等问题，对电气设备影响很大。

因此在深远海恶劣条件下，现有的光伏项目无法保证在设计寿命周期内可靠运行，而深远海的海上漂浮式光伏尚没有实际项目案例，因而也没有成熟的集电技术方案能够实现深远海上安全的集电。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种海上光伏发电的集电系统及方法，能够以有限的发电设备实现高可靠的海上光伏直流集电，为之后的安全送出奠定基础。

为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

本公开第一方面提供了一种海上光伏发电的集电系统，包括：

光伏组件，海缆浮体和光伏逆变器；光伏组件通过光伏电缆(一般为单芯，截面积为4mm

进一步的，所述光伏逆变器为组串式光伏逆变器，用于将光伏发电直流电逆变为交流电，存在多路MPPT，用于实现光伏功率的最大输出功率控制。

进一步的，所述光伏电缆为单芯直流电缆，导线为铜芯，根据光伏组件工作电流、直流回路允许电压降确定直流电缆的截面积。

进一步的，每根光伏电缆均经过电缆保护管，所述电缆保护管具有防紫外线和防水功能。

进一步的，所述多芯直流动态海缆的单芯部分和绞合铠装的部分在生产时同时生产。

进一步的，所述多芯直流动态海缆的单芯部分与整根海缆在生产时分别生产，敷设完成后，同回路线芯用连接器连接。

进一步的，所述连接器采用MC4连接器，用于组件间光伏电缆的可靠连接。

进一步的，海缆浮体采用浮筒式浮体或薄膜式浮体等多种形式，用于光伏组件、光伏电缆及其附件的可靠布置和安装。

进一步的，所述光伏逆变器位于海上风电机组的塔筒内平台，直流动态海缆连接到光伏逆变器的直流侧。

本公开第二方面提供了一种海上光伏发电的集电方法，包括：

光伏组件布置于海面浮体上，多个光伏组件形成一个组串，组件之间通过直流单芯光伏电缆和MC4电缆连接器进行连接，将组串的正负极电缆引出，通过MC4电缆连接器与直流动态海缆各线芯完成集电，实现IP68的防护等级。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

本发明光伏组件通过光伏电缆和连接器进行串并联，多路光伏组串经多根光伏电缆汇集，在离开浮体时，采用一种多芯绞合的直流动态海缆实现集电送出功能。能够实现在海面浮体平台上除光伏组件外，无其他电气设备布置便能在深远海恶劣的条件下实现光伏发电的安全送出，最大程度保证在海上恶劣环境下整个发电系统的可靠性。解决了现有的近海漂浮式光伏项目逆变器、汇流箱等防护等级不能满足深远海大风浪侵入等环境条件的要求，因而存在极大风险的问题。

本发明将直流动态海缆接入到海上风电机组塔筒内平台上，连接到组串式光伏逆变器的直流侧，对于电气设备而言，塔筒平台上工作环境远好于海上。因此，本发明在优先的条件下规避海上恶劣环境带来的影响，进一步提高了系统的可实现性。

本发明采用多个MC4连接器配合多芯直流动态海缆，在保证防护等级进一步提升的同时，保障电能在传输过程中不受传输设备的影响，实现安全可靠的集电送出。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一中海上光伏发电的集电系统结构图；

图2为本发明实施例一中现有的近海漂浮式光伏项目一般集电系统结构图。

具体实施方式：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释：

集电：是指电能汇集，在本发明中汇集的是光伏组件发出的直流电。

实施例一：

目前已存在的海上漂浮式光伏项目集电送出方案，基本为逆变器、汇流箱布置于海平面上，采用交流电缆送出的方式，如图2所示。由于现有项目均为近海，考虑波浪较小，采用的多为普通电缆通过穿管等保护措施送出。在深远海条件下，可能有大波浪侵袭，或者设备短期浸水的风险。目前，市场成熟光伏逆变器产品最高防护等级仅为IP66，不能满足短期浸水要求，汇流箱等设备由于需要开启，因而更难保证其防水性能。常规的普通电缆通过穿管保护能够承受一定的应力。但由于深海波浪载荷较大，是否能在全生命周期内适应该载荷仍不确定。同时，海上环境的高湿度，腐蚀性等问题，对电气设备影响很大。

针对上述在深远海上集电送出的可靠性的问题，本公开实施例一提供了一种海上光伏发电的集电系统，如图1所示，包括：

光伏组件，海缆浮体和光伏逆变器；光伏组件通过光伏电缆和连接器进行串并联，每根光伏电缆经过电缆保护管，并在浮体上适当绑扎固定。多路光伏组串经多根直流海缆汇集，采用一种多芯绞合的直流动态海缆连接并送出。动态海缆在海水中通过一定的浮体安装，以保证在设计范围内，位置相对固定。安装方案一般包括电缆锚固，配重块，分布式浮体块，海底固定装置和弯曲限制器等。保证海缆在到达海床平铺之前，悬浮于海水中，并保持位置相对固定。

直流动态海缆接入到海上风电机组塔筒平台上，连接到组串式光伏逆变器的直流侧。对于电气设备而言，塔筒平台上工作环境远好于海上。

优选的，每个光伏组件包括了光伏板，并引出正负极两根导线，通过光伏电缆和电缆连接器进行串联。光伏组件布置在海上浮体平台上。应根据海上特殊的环境条件，选择适当的型号，保证在海上运行具有足够的可靠性和良好的发电性能；组件数量应根据项目规划的容量确定，可根据实际情况对光伏组件的数量及位置进行调整。

优选的，光伏逆变器为组串式光伏逆变器，用于将光伏发电直流电逆变为交流电，存在多路最大功率跟踪器(Maximum Power Point Tracking，MPPT)，用于实现光伏功率的最大输出功率控制。逆变器必须具备与工作环境相适应的防护等级，尤其是在湿度较大的海上环境下，否则极易发生短路故障。布置时，应尽可能保证周围工作环境良好。同时逆变器还应具备完整的保护功能，实现对发电回路的各类电气故障保护。在一些实施例中，可能需要1台或N台逆变器，具体需要根据光伏设计容量和逆变器的型号而定。

优选的，光伏电缆为单芯直流电缆，用于光伏组件的串并联。光伏电缆的选择同样应满足海上特殊的工作环境，绝缘及外护套等均需要考虑防紫外线，防水等功能。导体一般选择铜芯，截面积选择应根据光伏组件的工作电流，直流回路允许电压降等因素确定，目前常用的为1×4mm

优选的，每根光伏电缆均经过电缆保护管，电缆保护管用于光伏电缆的保护，尽可能防止太阳光照射和其他机械损伤。电缆保护管应具有一定的强度，且能防紫外线，防水等，能够适应海上的工作环境。在一些实施例中，所有光伏电缆且有可能布置的位置，都应装设电缆保护管进行保护。

优选的，多芯直流动态海缆用于直流电能的集中送出。该形式的海缆可以避免多根单芯电缆在实际工程中难以敷设的问题，同时可以对电缆芯有良好的保护作用。采用直流动态海缆的形式，以目前的工艺水平，在电缆生产时，可以做到单芯部分和绞合铠装的部分同时生产出来，不截断。即实现每一直流回路的电缆从组件到逆变器无任何接头，从而最大程度的保证可靠性。或者将单芯与整根海缆分别生产，敷设完成后，同回路线芯用MC4电缆连接器连接，也可以实现良好的防护等级。动态海缆应能够适应设计条件下的海上波浪环境，抗拉力，强度等各项技术指标，如最小断裂强度，安全工作荷载等均应满足要求，具体的技术指标需要综合考虑项目建设场址的波浪情况，海缆长度，规格，浮体的重量等因素确定。同时海缆在海上布置时，可根据需要，配置电缆锚固，配重块，分布式浮体块，海底固定装置和弯曲限制器等。具体地，海缆通过锚固，以实现在浮体平台的定位，然后通过配重块，保证海缆实现一定的构型。安装分布式浮体，实现海缆按设计构型悬浮于海水中，海缆在海床布置时，安装固定装置，保证位置相对固定。最后海缆从海床沿风机基础向上布置时，应安装弯曲限制器，保证海缆的弯曲半径满足要求。

优选的，连接器采用MC4连接器，用于组件间光伏电缆的可靠连接，且施工简单，可以达到较高的防护等级，在适当位置使用，包括但不限于图1中标注的位置。

优选的，浮体包括浮体本体及其连接、锚固装置，布置于海平面和海底，可以有浮筒式，薄膜式等多种形式。采用不同浮体形式时，光伏组件的布置方式可能不同。但本发明提出的集电方案适用于各种浮体形式，均是采用光伏电缆实现组件串并联后，经过直流动态海缆接入位于风电机组塔筒内平台上的逆变器。浮体主要作用是用于光伏组件及光伏电缆，附件等的可靠布置和安装，同时保证在各种设计海况和项目设计寿命周期内，其主要功能不丧失。

优选的，光伏逆变器位于海上风电机组的塔筒内，直流动态海缆连接到光伏逆变器的直流侧。

实施例二：

本公开实施例二提供了一种海上光伏发电的集电方法，包括：

光伏组件布置于海面浮体上，多个光伏组件形成一个组串，组件之间通过直流单芯光伏电缆和MC4电缆连接器进行连接，将组串的正负极电缆引出，通过MC4电缆连接器与直流动态海缆各线芯完成集电，实现IP68的防护等级。

或者采用单芯光伏电缆导体与直流动态海缆单线芯整体无截断的形式，将光伏电缆与直流动态海缆同时生产出来，实现每一直流回路的电缆无接头。

优选的，单芯光伏电缆均通过电缆保护管实现保护。

以上实施例二中涉及的各步骤与方法实施例一相对应。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。