1MW光伏并网电站典型技术方案

1MW 典型电站设计说明并网光伏发电主要由太阳能电池阵列、并网逆变器、输配电系统和远程监测系统组成，包括太阳能电池组件、直流电缆及汇流箱、并网逆变器、交流配电、升压设备等，其中，太阳能阵列到并网逆变器的电气部分成为光伏发电系统。1、设备选型1.1 光伏组件选型及安装容量目前常用的太阳能电池有：单晶硅、多晶硅太阳能电池；非晶硅薄膜太阳能电池；数倍聚光太阳能电池等，从技术经济比较结果来看：晶体硅太阳能电池组件技术成熟，且产品性能稳定，使用寿命长。商业用化使用的太阳能电池组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次，但两者相差不大。晶体硅电池组件故障率极低，运行维护最为简单。在开阔场地上使用晶体硅光伏组件安装简单方便，布置紧凑，可节约场地。尽管非晶硅薄膜电池在价格、弱光响应，高温性能等方面具有一定的优势，但是使用寿命期较短，只有 10-15 年。因此本工程拟选用晶体硅太阳能电池。在单晶硅电池和多晶电池选择上：由于多晶硅电池组件的价格要比单晶硅低，从控制工程造价的方面考虑，本工程选用性价比较高的多晶硅电池组件，这也与国外的太阳能光伏电池使用情况的发展趋势相符合。本工程采用的多晶硅太阳能电池组件的详细技术参数见表 1-1 表 1-1 太阳能电池组件技术参数表太阳电池种类 多晶硅电池太阳电池组件生产厂家 欧贝黎新能源科技股份有限公司太阳电池组件型号 Eptech156P-260/72 指标 单位 数 据峰值功率 Wp 260(± 3%) 开路电压（ Voc） V 43.6 短路电流（ Isc） A 7.9 工作电压（ Vmppt） V 34.8 工作电流（ Imppt） A 7.47 尺寸 mm 1956× 992× 50 重量 kg 23 峰值功率温度系数 %/℃ -0.47%/℃开路电压温度系数 %/K -0.34%/℃短路电流温度系数 %/K 0.045%/℃1MW 并网电站串并方案见下表表 1-2 1MW 并网电站串并表组件型号 Eptech156P-260/72 串联数量（块） 16 1MW 子方阵并联数量（路） 240 1MW 子方阵所需组件数量（块） 3840 电站实际安装容量（ MWp） 0.9984 1.2. 并网逆变器选型并网逆变器是并网光伏电站中的核心设备，它的可靠性、高性能和安全性会影响整个光伏系统。对于大型光伏并网逆变器的选型，应注意以下几个方面的指标比较：光伏并网必须对电网和太阳能电池输出情况进行实时监测，对周围环境做出准确判断，完成相应的动作，如对电网的投、切控制，系统的启动、运行、休眠、停止、故障的状态检测，以确保系统安全、可靠的工作。由于太阳能电池的输出曲线是非线性的，受环境影响很大，为确保系统能最大输出电能，需采用最大功率跟踪控制技术，通过自寻优方法使系统跟踪并稳定运行在太阳能光伏系统的最大输出功率点，从而提高太阳能输出电能利用率。逆变器输出效率： 大功率逆变器在满载时， 效率必须在 95%以上。 在 50W/m2的日照强度下，即可向电网供电，在逆变器输入功率为额定功率 10%时，也要保证 90%以上的转换效率。逆变器的输出波形：为使光伏阵列所产生的直流逆变后向公共电网并网供电，就必须是逆变器的输出电压波形、幅值及相位与公共电网一致，实现无扰平滑电网供电。逆变器输入直流电压的范围：要求直流输入电压有较宽的适应范围，由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度的变化范围比较大，这就要求逆变器在较大的直流输入电压范围内正常工作，并保证交流输出电压稳定性。光伏发电系统作为分散供电电源，当电网由于电气故障、误操作或自然因素等外部原因引起的中断供电时，为防止损坏用电设备以及确保电网维修人员的安全，系统必须具有孤岛保护的能力。另外应具有显示功能：通讯接口 ;具有监控功能；宽直流输入电压范 围；完善的保护功能等。对于 MW 级的光伏发电系统，光伏阵列面积非常大，由于光伏电池组件电流、电压的性能参数不可能做到完全一致，因此光伏组件串并联时相互之间的影响可能会导致整体光伏发电系统的发电量下降。逆变器单机容量不宜过小，单机容量过小，接线复杂、汇线增多，同时也会造成系统效率的降低。通过对目前国内外技术及商业化比较成熟的大型并网逆变器进行分析，本方案中采用SMA500KW 并网逆变器，其主要技术参数见下表：表 1-3：并网逆变器技术参数序号 逆变器型号 SC500 1 额定功率 500kW 2 最大直流输入功率 580kWp 3 输入光伏阵列电压范围（ MPPT） 450-820V 4 最大直流输入电压 900V 5 最大阵列输入电流 2× 591A 6 直流过压保护 有7 防护等级 IP20(室内 ) 8 最大功率 98.50% 9 额定交流输出功率 500kW 10 额定交流输出电流 1069A 11 电流谐波 小于 3% 12 允许电压工作范围 3× 270± 10% 13 允许频率工作范围 49.5-50.5HZ 14 功率因数 0.99 15 体积 2800× 2120× 850 16 重量 2200Kg 17 过、欠电压保护功能 有18 过、欠频率保护功能 有19 防孤岛效应功能 有20 电网恢复并网功能 有21 电网短路保护功能 有22 通讯功能 有23 工作环境 -20℃～ +40℃1.3. 直流汇流监控箱可以直接对不同光伏阵列输入组串的电流进行测试和比较，可靠地检测出各路光伏组串可能发生的故障。内置输入组串过载和过电压保护装置。其主要技术参数见下表：表 1-4：直流汇流监控箱技术参数序号 项目名称 技术参数1 输入光伏阵列电压范围 250-880V 2 最大直流输入电压 900V 3 直流保险数量 8 4 最大输入阵列电流 16A 5 每个保险可连接光电组串数 2 6 电流测试通道数 8 7 最多并联输入路数 16 8 直流过电压保护 有9 防护等级 IP65 10 通讯接口 采用 RS485 11 环境温度 -25℃～ +55℃12 湿度 0～ 95% 1.4. 直流主配电箱直流主配电箱主要功能是起汇流和直流配电作用，安装在直流汇流监控箱和逆变器之间，通常可以最多连接 8 台直流汇流监控箱。内置输入组串过载和过电压保护装置。采用 IP65 防护等级。1.5. 交流低压配电柜交流低压配电柜应具有汇流、开断、显示等功能，其主要技术参数见下表：表 1-5：交流低压配电柜技术参数表序号 项目名称 技术参数1 额定工作电压 660V 2 额定工作电流 6300A 3 额定短路开断电流 50kA 4 额定短时耐受电流 50kA 5 额定峰值耐受电流 105kA 6 防护等级 IP40 1.6. 发电系统主设备清单表 1-6：主设备清单一览表序号 名称 型号及规格 单位 数量1 太阳能电池组件 eply260-24-Vb 块 3840 2 并网逆变器 SC500HE 台 2 3 直流汇流监控箱 SSM 台 60 4 直流主配电箱 SMB 台 2 5 低压配电柜 GGD2-03 台 1 6 变压器 S9-M-2500/10 10.5/0.27V 台 1 2、光伏方阵安装设计2.1. 发电系统电气设计根据所选光伏电池组件和并网逆变器性能参数，以及光伏电池组件在满足项目实施地气候环境的条件下，经计算确定光伏电池方阵的串并联数及发电单元容量，具体配置见下表：表 2-1：各分块阵列配置计算表发电子系统功率（ kWp）组件型号子阵列组件串联数子阵列组件并联数需用组件数（块）计算阵列功率（ kWp）500 Eptech156P-260/72 16 120 1920 500 设计方案中拟采用 500KW 作为一个独立并网发电子系统， 共有 2 个独立并网发电子系统组成 1MWp 并网系统。具体设计方案：光伏电池组件 16 串 4 并共 30 组，组成容量为 500KW 的发电子系统，先通过 30 台壁挂式直流汇流监控箱（ 16 进 1 出）汇流，之后通过 1台壁挂式直流主配电箱分别接入 1 台 500kW 逆变器，通过低压配电柜配电，经一级升压变（ 0.27/10.5kV 2500kVA）升至 10kV，这样就形成了一个独立并网发电子系统， 2 个独立并网发电子系统经 1 台 110kV 二级升压变升至 110kV 后送入电网。2.2. 光伏阵列设计光伏电站总装机容量 1MW ， 由 60 个光伏子阵列组成， 每个子阵列有 16 串 4并 64 块 260Wp 太阳能电池组件组成， 容量为 16.64kW， 组件按 4 排 16 列布置。光伏方阵的最佳倾角为 37° ， 支架采用固定安装支架形式， 阵列南北向跨距 3m，光伏子阵列前后排间距 6m。3、 系统年发电量的预测3.1. 光伏阵列的基础数据表 3-1：光伏阵列的基础数据光伏组件个数 3840 块总装机容量 9.984MW 3.2. 太阳能阵列的方位角和倾斜角光伏阵列的方位角为正南，倾斜角为 37 度，为最佳安装角度。3.3. 系统发电效率分析（ 1）光伏温度因子光伏电池的效率会随着其工作时的温度变化而变化。当他们的温度升高时，不同类型的大多数电池效率呈现降低的趋势。光伏温度因子 0.45%/度，根据统计光伏组件平均工作在高于气温 25 度下，折减因子取 97.075%。（ 2）光伏阵列的损耗由于组件上有灰尘或积雪造成的污染，本项目所在地降水量少，多风沙，污染系数高，折减系数取 5%，即污染折减因子取 95%。（ 3）逆变器的平均效率并网光伏逆变器的平均效率取 96%。（ 4）光伏电站内用电、线损等能量损失初步估算电站内用电、输电线路、升压站内损耗，约占总发电量的 4%，其配电综合损耗系数为 96%。（ 5）机组的可利用率虽然太阳能电池的故障率极低，但定期检修及电网故障依然会造成损失，其系数取 4%，光伏发电系统的可利用率为 96%。考虑以上各种因素通过计算分析光伏电站系统发电总效率：η =97.075%× 95%× 96%× 96%× 96%=81.59%3.4 光伏发电系统的发电量计算根据太阳辐射量、 系统组件总功率、 系统总效率等数据， 可预测 1MWp 并网光伏电站的年总发电量。光伏电站年发电量计算公式如下： L=W× H×η式中 L—— 并网光伏电站年发电量， kWh W—— 并网发电站装机总量， 20MWp H—— 年峰值日照小时数， 2236.18h η—— 光伏电站系统总效率，取 81.59% H=Ih/I0=1944.5 ×1.15/1000=2236.18h Ih— 倾斜面年总太阳辐射量， kWh/m2 I0— 标准太阳辐射强度， 1000W/ m2（电池组件标准测试条件）Ih— 水平面年总辐射量 × 1.15（ 1.15 为宁夏地区实际工程实践经验值）项目建设地 1985～ 2000 年 15 年平均太阳能辐射量，为 1944.5kWh/ m2,根据总装机容量、 系统总效率； 可计算得出电站建成后第 1年发电量为 184.60万 kWh，考虑系统 25 年输出衰减 20%，即每年衰减 0.8%，可计算出 25 年总发电量为4247.40万 kWh，平均年发电量 169.90 万 kWh， 25 年每年发电量如下表：表 3-2： 25 年每年发电量（万 kWh）年份 年发电 年份 年发电 年份 年发电量 量 量1 10 173.10 19 164.2 2 184.60 11 171.60 20 163.3 3 183.20 12 170.70 21 162.4 4 181.70 13 169.80 22 161.6 5 180.30 14 168.90 23 160.9 6 178.90 15 167.90 24 160.1 7 177.40 16 167.00 25 159.4 8 176.00 17 166.10 26 158.7 9 174.50 18 165.10 0 25 年总发电量4247.40 年均发电量169.90 4、 电气4.1. 电气一次4.1.1. 接入电力系统方式根据并网光伏电站的建设规模及石嘴山地区的电网现状，初步确定光伏电站升压至 110kV 后以一回 110kV 线路送往 110kV 变电所，线路总长约 40km，按经济电流密度法计算选择导线型号为 LGJ-150/20. 4.1.2. 电气主接线方案根据光伏电站的接线方式， 110kV 升压变电所高、中压侧拟定三个接线方案进行经济技术比较。4.1.3.并网光伏电站过电压保护及接地保护（ 1）过电压保护石嘴山地区的年平均雷暴日数为 2.9d，属于少雷区。为了保证在发生雷击时光伏电站的电池组件、各类电池设备、综合自动化系统装置的正常工作，在光伏电站本体设置了三级防雷保护装置来防止侵入雷、绕击雷对光伏组件、逆变器、交流配电柜等设备的危害，分别在分汇线盒内设置防雷模块作为第一级防雷保护，在总汇线盒内设置防雷模块作为第二级防雷保护，在并网逆变器内设置防雷模块作为第三级防雷保护；在一级升压室、控制开关室屋顶设置避雷带来防止直击雷对中压开关柜等电气设备的危害，在进、出线中压开关柜内装设性能优越的氧化锌避雷器来防止入侵雷、绕击雷的危害。为了保护变电所内的电气设备不受直击雷的侵袭，在变电所内布置 4 基 30m 高的避雷针对电器设备进行保护。（ 2）接地保护全场除避雷针外拟设一总的接地网，本着 “ 一点接地 ” 的原则，将光伏组件及支架、各高低压电气设备的外壳、各防雷模块接地侧、屋顶避雷带的接地网进行可靠地电气连接。考虑升压变电所采用综合自动化系统，为满足微机监控、保护系统对接地电阻的要求，全场除避雷针接地外总接地电阻应达到规程规定不大于 1Ω 的要求， 以保证设备及人身安全， 同时应满足接触电势及跨步电压的要求；避雷针接地系统应单独设置，和其他接地系统的地下距离不小于 3m，接地电阻不大于 10Ω 。若接地电阻不满足要求，可通过深埋于含水层或加降阻剂的方法进行处理。（ 3）光伏电站监控系统由于电站场区较大，为了保证电站的安全运行和方便值班人员对厂区的监视，及时发现存在的安全问题，在电站场区及升压站内安放监控系统，在电站及升压站四侧围墙安放红外线报警系统。5、土建工程本电站房屋建筑由电站机房建筑和办公区建筑、生活区建筑三部分组成，其中电站机房建筑包括：一级升压室、中央控制、中压开关室等。表 1： 1MWp 并网光伏电站建筑规划表 （单位：平米）生活区职工宿舍办公区 一级升压式 中央控制室 值班室 房屋类型20 30 40 40 15 砖混