1.5MW光伏并网系统技术方案
地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 1 1.5MW光伏并网系统技术方案北京市太阳能研究所集团有限公司姜永 13164221676 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 2 公司简介北京市太阳能研究所集团 (以下简称北太所集团) 成立于 1979年,是北京市政府直接批文成立的中国最早的太阳能专业研究机构。 时至今日, 北太所集团已成为中国在太阳能行业最具研发实力的、集科研、生产、销售于一体的高科技集团公司,并在国际上享有较高声誉。北太所 1979 年成立, 1985 年率先实行企业化管理, 1988 年成立了第一家全资子公司, 2004 年完成改制, 2010 年引入战略投资,2011 年制定九年发展规划, 2012 扩张为集团。可以说,北太所集团的发展历程, 是我国传统科研院所由国有体制向市场化转变的一个完整的缩影。北太所集团现有的研究领域分为太阳能光热技术、太阳能光伏技术、 生物质燃料技术及相关材料科学研究, 并在相关领域处于技术领头羊位置。 经营业务涉及太阳能低温、 中高温应用、太阳能光热电站建设、太阳能光伏电站建设、生物质技术应用、 合地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 3 同能源管理、全系统解决方案集成、装备制造及技术咨询、新能源文化传播、地产置业等。公司最大的资产是聚集了一批专门从事太阳能研究、 开发生产的高级专业人才,诞生了 10 位享受国家政府津贴和国务院授予的国家级有突出贡献专家,大专学历以上专业技术人员占 90。北太所集团产品出口全世界 80 多个国家和地区,其中热管式真空集热管和平板集热器通过了欧洲 TUV认证、欧洲 CE认证、欧洲太阳能产品认证、美国检测认证以及韩国、西班牙、法国、瑞士太阳能检测认证,达到了德国工业标准 DIN4757。自 79 年成立以来,共获国家专利 261 项,荣获国家和部、市级科技进步奖 45 项,尤里卡发明奖一项。 2010 年荣任首届“平板太阳能热利用专业委员会”常务副会长单位。 到 2011 年已累计技工贸总收入超过 41 亿元, 出口创汇近 2 亿美元。并培育成熟了桑普、桑达两个行业品牌,享誉国内、国际市场。 2010 年,中能华辰集团以战略投资的形式入主北太所, 新一届领导班子推出九年规划以培育桑普 “第一文化” ,将使北太所集团在技术和产业两方面同时向行业的顶峰迈进。地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 4 一、相关规范和标准1.1 光伏电池组件制造、试验和验收可参考如下标准GB/T 6497-1986 地面用太阳电池标定的一般规定GB/T 9535-1998IEC61215 地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型GB/T 18210-2000 晶体硅光伏( PV)方阵 I-V 特性的现场测量GB/T 18479-2001 地面用光伏( PV)发电系统概述和导则GB/T 12632-1990 单晶硅太阳电池总规范1.2 本并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准GB/T 191 包装储运图示标志GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求GB/T 20046-2006 光伏( PV)系统电网接口特性( IEC 617272004,MOD)GB/Z 19964-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验 A低温试验方法GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验 B高温试验方法GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程 试验 Cb设备用恒定湿热试验方法GB 4208 外壳防护等级( IP 代码)( equ IEC 605291998 )GB 3859.2-1993 半导体变流器 应用导则GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波GB/T 15543-1995 电能质量 三相电压允许不平衡度地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 5 1.3 升 压 系 统 制 造、试验和验收可参考如下标准GB311.1~ 6 83 中压输变电设备的绝缘配合,高电压试验技术GB311.7 88 中压输变电设备的绝缘配合使用导则GB1207 86 电压互感器GB1207 87 电流互感器GB1984 89 交流中压断路器GB1985 89 交流中压隔离开关和接地开关GB3906 91 310KV 交流金属封闭开关设备GB7261 87 继电器及继电保护装置基本试验方法GB11032 89 交流无间隙金属氧化物避雷器GB50150 91 电气装置安装工程电气设备按接试验标准GB1094.1 电力变电器 第 1 部分 总则GB1094.2 电力变电器 第 2 部分 温升GB1094.3 电力变电器 第 3 部分 绝缘水平和绝缘试验GB1094.5 电力变电器 第 5 部分 承受短路的能力GB/T4942 外壳防护等级( 1P代码)GB15166.2 交流中压熔断器 限熔断器二、 1MW光伏电站系统图地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 6 三、 系统介绍根据系统设计要求, 1.5MW光伏电站接入 15KV中压电网实现并网发电,本系统按照3 个相同的 500KW并网发电单元进行设计, 并且每个单元均采用一次升压设计方案, 即从0.27KV 升压至 15KV。3.1 电池板选型 . 方阵效率 . 方阵角度 . 方阵辐射量 . 方阵排列。( 1)单晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高, 商业化电池的转换效率在 17左右, 其稳定性好,同等容量太阳能电池组件所占面积小,但是成本较高。多晶硅太阳能光伏组件生产效率高,转换效率略低于单晶硅,商业化电池的转换效地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 7 率在 13-15,在寿命 期内有一定的效率衰减,但成本较低。两种组件使用寿命均能达到 25 年,其功率衰减均小于 15%。( 2)根据性价比本方案推荐采用多晶 240WP太阳能光伏组件,该电池板开环电压37.5V,工作电压 29.5V,考虑到逆变器的耐压和最佳效率,选择 20 节电池板串联,开路电压 750V,工作电压 590V,( 3)功率为并网光伏系统效率计算并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成。一光伏阵列效率 η 1光伏阵列在 1000W/m2太阳辐射强度下 , 实际的直流输出功率与标称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等,取效率 85计算。二逆变器转换效率 η 2逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比,取逆变器效率 95计算。三交流并网效率 η 3从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中主要是升压变压器的效率,取变压器效率 95计算。四系统总效率为 η 总= η 1 η 2 η 3= 85 95 9577 ( 4)倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算从气象站得到的资料,均为水平面上的太阳能辐射量,需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。对于某一倾角固定安装的光伏阵列,所接受的太阳辐射能与倾角有关,较简便的辐射量计算经验公式为Rβ = S [sin α β /sin α ]D 式中 Rβ 倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S 水平面上太阳直接辐射量D 散射辐射量α 中午时分的太阳高度角地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 8 β 光 伏 阵 列 倾角根据当地气象局提供的太阳能辐射数据, 按上述公式计算 不同倾斜面的太阳辐射量,具体数据见下表表 10 不同倾斜面各月的太阳辐射量( KWH/m2)倾角 β 30 34 36 38 40 42 44 46 501 月 136.5 140.5 142.3 144 145.6 147 148.3 149.4 151.4 2 月 146.7 149.8 151.1 152.3 153.4 154.3 155.1 155.7 156.5 3 月 193.1 194.7 195.3 195.8 196.1 196.2 196.1 196 195.1 4 月 180.4 180.2 179.9 179.4 178.9 178.9 178.2 177.4 176.4 5 月 247.8 245.6 244.3 242.7 240.9 239 236.9 234.5 229.3 6 月 241.6 238.5 236.7 234.7 232.5 230.1 227.5 224.8 218.7 7 月 230.7 228.1 226.5 224.7 222.7 220.5 218.1 215.5 209.8 8 月 226.2 225.2 224.5 223.5 222.3 220.9 219.3 217.5 213.3 9 月 196.3 197.6 198 198.2 198.2 198.1 197.7 197.2 195.5 10 月 181.9 185.5 187.1 188.4 189.6 190.6 191.4 192 192.6 11 月 142.3 146.6 148.5 150.3 151.9 153.4 154.7 155.9 157.8 12 月 127.4 131.7 133.7 135.5 137.2 138.8 140.3 141.6 143.8 全年 2251.3 2264.7 2268.4 2270 2270 2268 2263 2257 2239 ( 5)、太阳能光伏组件串并联方案太阳能光伏组件串联的组件数量 Ns880/37.5 0.524(块) , 这里考虑温度变化系数 , 取太阳能电池组件 20 块串联 , 单列串联功率 P 20 240Wp4800Wp;单台 500KW逆变器需要配置太阳能电池组件串联的数量 Np500000 4800≈ 104 列,1.5 兆瓦太阳能 240*204.8KW,对于 500K 的系统,共 500/4.8104 组,电池板20*1042080 块。光伏电伏阵列单元设计为 312 列支路并联,共计 6240 块太阳能电池组件,实际功率达到 1497.6KWp。6 、太阳能光伏阵列的布置一 光伏电池组件阵列间距设计为了避免阵列之间遮阴 , 光伏电池组件阵列间距应不小于 D D0.707H/tan 〔 arcsin0.648cos Φ -0.399sin Φ 〕式中 Φ 为当地地理纬度 在北半球为正, 南半球为负 , H为阵列前排最高点与后排组地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 9 件 最 低 位 置 的 高 度 差)。根据上式计算,求得 D5025㎜。取光伏电池组件前后排阵列间距 5.5 米。二太阳能光伏组件阵列单列排列面布置见下图3.2 直流汇流箱在本系统中,选用 16 汇 1 的汇流箱,每 16 组接一个汇流箱,每个 500KW的并网单元共 104 组,需配置 7 台汇流箱 , 则整个 1.5MWp并网发电单元需配置 21 台汇流箱。270017355500 55002700173517352700地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 10 3.3 直流配电柜每台 BNSG-500KTL并网逆变器配置 1 台 500K的直流防雷配电柜, 整个 1.5MWp并网系统需配置 3 台直流防雷配电柜。3.4 并网逆变器每个 500KW并网发电单元配置 1 台 500KW并网逆变器,整个 1.5MW系统共配置 3 台500KW并网逆变器。3.5 0.27/10KV 升压装置每个 500KW并网发电单元配置 1 台 0.27/15KV 、 500KW升压变,整个 1.5MW系统共配置 3 台 0.27/15KV 、 500KW升压变。3.6 监控装置为了实时监测并网发电系统的运行状态和工作参数,采用 RS485通讯方式实现,整个系统共需配置 1 套多机版监控软件。为了实时监测现场的环境情况如风速、风向、日照强度和环境温度,系统配置 1套环境监测仪。四、光伏阵列防雷汇流箱本系统共需 21 台一级汇流箱 , 此汇流箱均为 16 汇 1,型号为 SPVCB-16M。4.1 性能特点该汇流箱具有以下特点1 防护等级 IP65,防水、防灰、防锈、防晒、防盐雾,满足室外安装的要求;2 可同时接入 18 路电池串列,每路电池串列的允许最大电流 10A;3 每路接入电池串列的开路电压值可达 880V;4 直流输出母线的正极对地、 负极对地配有光伏专用防雷器, 选用菲尼克斯品牌防地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 11 雷器,其额定电流≥ 15KA,最大电流≥ 30KA;5 汇流后输出配有 ABB品牌直流断路器;6 每路直流输入端均配有耐压等级为 1200V的防反二极管。4.2 原理框图汇流箱地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 12 接地防雷器直流输出 -直流输出 断路器S1电池串列 1电池串列 1- S1-S2-电池串列 2-电池串列 2 S2S4电池串列 4电池串列 4- S4-S3-电池串列 3-电池串列 3 S3SN-电池串列 N-电池串列 N SN熔断器熔断器熔断器熔断器熔断器-光伏阵列防雷汇流箱地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 13 4.3 技术参数光伏阵列防雷汇流箱的技术参数如下型号 BH10A-18 直流输入路数 18 路直流输出路数 1 路直流输入的正负极线径 4mm2直流输出的正负极线径 35mm2直流输出最大电流 180A 防护等级 IP65 体积(宽深高) 670 500 202mm 重量 40KG 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 14 4.4 设备图片五、直流防雷配电柜本系统共配置 2 台均为 500K 的直流防雷配电柜,配电柜安装在室内,主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流,再经电缆与并网逆变器连接,方便操作和维护。5.1 性能特点主要性能特点如下1 每台直流防雷配电柜按照 500KW配电单元设计,与 500KW并网逆变器匹配;2 每路直流输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管, 其中断路器选用 ABB品牌;3 直流输出侧配置菲尼克斯光伏专用防雷器, 其额定电流≥ 15KA, 最大电流≥ 30KA;4 直流母线输出侧配置 1000V直流电压显示表和 1500A直流电流显示表;地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 15 5.2 原理框图如下图所示-电压表二极管直流输入2V直流输入1断路器直流输出防雷器直流输入3直流输入4直流输入NA断路器断路器断路器断路器电流表二极管二极管二极管二极管直流防雷配电柜-----接地六、并网逆变器整个 1.5MWp系统共需配置 3 台 BNSG-500KTL并网逆变器。6.1 性能特点BNSG-500KTL并网逆变器采用美国 TI 公司专用 DSP控制芯片,主电路采用日本三菱IGBT模块组装,运用电流控制型 PWM有源逆变技术,可靠性高,保护功能齐全,且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。该并网逆变器的主要性能特点如下●采用美国 TI 公司 DSP芯片进行控制;地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 16 ●采用日本三菱 IGBT模块 , 增强系统的可靠性;●光伏电池组件的最大功率点跟踪技术 MPPT;●具有直流输入手动分断开关,交流电网手动分断开关,紧急停机操作开关;●具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能;●具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能;●宽直流输入电压范围,整机效率高达 98.7;●并网逆变器正常工作允许电网三相线电压范围为 AC230V~ AC310V,频率范围为48- 52Hz;●人性化的操作界面,英文菜单,可显示设备的各项运行数据、实时故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据,以及设备的工作状态。●可提供 RS485远程通讯接口,遵循 Modbus通讯协议;6.2 电路结构三相全桥 IGBT主功率电路 接地交流防雷器交流断路器交流 EMI滤波器交流主接触器LCL滤波器--直流 EMI滤波器直流断路器直流断路器直流 EMI滤波器BNSG-500KTL并网逆变器主电路拓扑结构如上图所示, BNSG-500KTL并网逆变器的的主电路拓扑结构, 并网逆变电源通过三相桥式变换器,将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压,并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过外置的三相变压器隔离升压(根据接入电网要求,变压器另配)后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电,在直流侧使用了先进的 MPPT算法。地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 17 6.3 技术参数型 号 BNSG-500KTL 隔离方式 无工频变压器直流输入推荐太阳电池阵列功率 500KWp 最大太阳电池阵列功率 550KWp 最大阵列开路电压 900Vdc 太阳电池最大功率点跟踪( MPPT)范围(输入电压范围) 450Vdc~ 880Vdc 最大输入电流 1200A 交流输出输出额定交流功率 500KW 最大交流输出功率 550KW 最大交流输出线电流 1070A 额定输入输出时电流谐波含量( THD) 0.99 最大效率 98.5 欧洲效率 98.3 电网额定电压 270V 允许电网电压范围(三相) 230VAC~ 310VAC 输出额定电压 270VAC 电网频率波动范围 47.551.5Hz 系统夜间自耗电 100W 自动投运条件 直流输入及电网满足要求,逆变器自 动运行断电后自动重启时间 3min 保护功能直流、交流过压及欠压保护,交流过、欠频保护,过载保护,短路保护,漏电保护,过热保护,防孤岛保护等地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 18 通讯接口 RS485 电气绝缘性能 直流输入对地1500VAC, 1 分钟直流与交流之间 1500VAC, 1 分钟使用环境温度 - 25℃~+ 55℃使用环境湿度 0~ 95,不结露允许最高海拔 6000 米(超过 2000 米需降额使用)冷却方式 强制风冷噪音 ≤ 60dB 防护等级 IP20 室内 显示方式显示界面 触摸屏语言种类 中英文机械参数尺寸(宽深高) 1600 800 2060 重量 1800KG 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 19 6.4 设备图片BNSG-500KTL 光伏并网逆变器地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 20 6.5 设备结构图DC LIGHTNING PROTECTION DISTRIBUTION CABINET观察窗 观察窗 温控器吊装门合页BNSG-500KTL光伏并网逆变器七、监控系统7.1 系统介绍本系统采用 RS485总线通讯方式实现远程通讯功能,这是一种非常通用可靠的通讯方式,支持多种通讯协议,可与电力监控进行通讯。用户可以通过上位机监控软件,方便直观地查看当前逆变器的运行数据和运行状态,同时可以查询历史数据和故障数据。整套系统安装 1 套多机版监控软件,可集中监控 20 台逆变器的工作状态,需数据采集器 1 台。地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 21 7.2 监控内容1 光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下实时显示电站的当前发电功率、日发电量、累计总发电量。可查看每台逆变器的运行参数,主要包括A、直流电压B、直流电流C、直流功率D、交流电压E、交流电流F、当前发电功率G、逆变器频率H、时钟I 、日发电量J、累计发电量监控所有逆变器的运行状态, 采用声光报警方式提示设备出现故障, 可查看故障原因及故障时间,监控的故障信息至少包括以下内容A、电网电压过高;B、电网电压过低;C、电网频率过高;D、电网频率过低;E、直流电压过高;F、逆变器过载;G、逆变器过热;H、逆变器短路;I 、逆变器孤岛;J、通讯失败;地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 22 2 监控装置可每隔 5 分钟存储一次电站所有运行数据, 可连续存储 20 年以上电站所有的运行数据和所有的故障纪录。3 可长期 24 小时不间断运行在中文 WINDOWS 2000, XP 操作系统。4 监控主机同时提供对外的数据接口,即用户可以通过网络方式,异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。5 显示单元可采用大液晶电视,具有非常好的展示效果。地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 23 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 24 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 25 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 26 地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 27 八、环境监测仪本系统配置 1 套环境监测仪 如下图所示 ,用来监测现场的环境情况地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 28 该装置由一体化风速风向传感器、日照时数传感器、测温探头、控制盒、稳压电源及支架、气象环境监测纪录仪等组成,适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量,其 RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统,实时记录环境数据。1、 新型一体化风速风向传感器 。采用便携式防水防震结构设计,可在野外全天候使用,检测精度高,低功耗环保节能设计。该仪器广泛用于环保,气象,农业,林业,水利,建筑,科研及教学等领域。风速、风向传感器技术参数如下项 目 风向 风速起动风速 ≤ 0.4m/s ≤ 0.4m/s 测量范围 0~ 75m/s 0~ 360精 确 度 0.30.03Vm/s 3分 辩 率 0.1m/s 2.8125距离常数 ≤ 3m ≤ 1.5m输出信号形式 脉冲 频率 七位格雷码 或电位器 工作电压 DC5V 或 12V DC5V 或 12V 工作电流 5mA 70mA 加热器功率 无加热抗风强度 > 80mS 最大高度 270mm 252 mm 最大回转半径 113mm 440mm 环境温度 -40℃~ 55℃环境湿度 100RH 2、 日照时数传感器日照时数定义 为太阳直接辐照度达到或超过 120W/m2时间段的总和, 以小时为单位,取一位小数。日照时数也称实照时数。日照传感器主要有直接辐射表、双金属片日照地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 29 传感器与旋转式日照传感器等。灵敏度 7-14 μ V/W/m 2时间响应 小于 10 秒 99内阻 400Ω稳定性 2余弦 ≤ 10晴天太阳高度为 10 时,对理想值的偏差光谱范围 0.3-3.0 温度特性 2% -20℃~ 60℃ 信号输送距离 150 米信号输出 0~ 20mV地址北京市朝阳区大羊坊路 10 号。网址 www.zhongnengsunu.com 电话 010-57385186 30 九、主要设备清单序号 名称 型号规格 数量电池组件及支架 ZJ-240 6240 个1 太阳电池组件 JN-240 6240 块3 光伏阵列防 雷汇流箱 SPV-16 21 台3 直流防雷 配电柜 SDCPG-3500KW 3 台4 光伏并网 逆变器 SG500K3 3 台5 多机版监 控软件 SPS- PVNET 1 套6 工控机 EBOX746-EFL 1 台7 液晶显示器 三星 19 寸 1 台8 环境监测仪 SSYW-01 1 台9 15KV升压站 10/0.4KV1MWp 1 套10 系统的防雷和接地装置 - 1 套11 土建及配电等基础设施 - 若干12 系统连接电缆线及防护材料 - 若干13 总价