1MW光伏并网发电系统技术方案

1MW光伏并网发电系统 技术方案 深圳市盛弘电气有限公司 2011年 9月 I 目 录 1 系 统组成 . 12 相 关规范和标准 . 13 总 体设计方案 . 23.1 项 目分析 . 23.2 方 案简介 . 23.3 电 池组件串联方案的设计 . 33.4 光 伏防雷汇流箱的设计 . 43.5 直 流防雷配电柜的设计 . 53.6 并 网逆变器的设计（ SW 250KTL ） 53.6.1 总 体介绍 . 53.6.2 技 术参数 . 73.6.3 方 案优点 . 83.7 交 流防雷配电柜的设计 . 94 系 统监控方案 . 94.1 低 压配电监控 . 95 接 入电网方案 . 105.1 升 压变压器技术要求 . 116 接 地及防雷 . 117 电 气设备配置清单及成本 . 118 发 电量估算 . 129 补 充说明 . 131 1 系 统组成光伏并网发电系统主要组成如下 1 光伏电池组件及其支架； 2 光伏阵列防雷汇流箱； 3 直流防雷配电柜； 4 光伏并网逆变器； 5 交流防雷配电柜； 6 系统的通讯监控装置； 7 系统的防雷及接地装置； 8 土建、配电房等基础设施； 9 系统的连接电缆及防护材料。 2 相 关规范和标准光伏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 2 3 总 体设计方案3.1 项 目分析本项目共计 1MW 光伏发电系统，从逆变器角度考虑，可选用 4 台 250KW的逆变器系统组成。即本项目由 4 个光伏发电分系统组成，匹配 4 套 250KW 并网型逆变装置。 1MW 的逆变系统再匹配 1 台 290V/10KV 的双分裂升压变压器并入 10KV 电网。3.2 方 案简介本项目总容量为 1MW 其中每个 1MWp 光伏发电系统由 4 台 250KW 的独立逆变单元组成。ShineWise系列高效并网型光伏逆变器组成的光伏发电系统，其逆变器输出电压可兼容 290VAC， 50/60Hz 电压制式。从光伏逆变器输出电压与电网电压制式匹配的角度而言， 如果电网为 380V 电压， 则只需要增加一级 290V/380V 的升压变压器，如果接入电网为 10KV 电压，则只需要增加一级 290V/10KV 的升压变压器即可。 由于目前大功率太阳能逆变器应用场合基本为大型发电系统， 其输出电压绝大多数都是挂接 10KV 或 35KV 电网。而盛弘电气 ShineWise系列光伏逆变器全部为单级变换，增加一个 290V/10KV 的变压器即可直接并入电网，相比较目前市场上很多双级变换再增加升压变压器并入电网的方式来说， 效率会高出很多。从系统配置角度考虑的话，在相同投资成本情况下，发出的电能更多，因为相对来说节省了整个项目的投资成本， 简化了系统环节， 因而也提高了系统的可靠性。此 1MWp 光伏发电系统除了光伏电池组件和逆变器外，还配置了光伏防雷汇流箱、直流防雷配电柜、交流防雷配电柜。另外，整个系统配置了 1 套监控装置，可采用 RS485或 Ehternet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。1MW 光伏并网发电系统配电结构示意图如图 3.13 1逆变器 250kW2直流配电单元直流防雷配电柜1MW双分裂变压器（ 290V/35KV）2逆变器 250kW3逆变器 250kW4逆变器 250kW1直流配电单元3直流配电单元4直流配电单元1直流汇流箱4直流汇流箱光伏阵列 5-8直流 汇流箱9-12直流汇流箱13-16直流汇流箱光伏阵列光伏阵列光伏阵列光伏阵列交流防雷配电柜图 3.1 1MW 光伏并网发电系统配电结构示意图从上图可以看出系统的构成，首先太阳能电池板的正负极接入直流汇流箱，每 4 个直流汇流箱的输出均进入直流防雷配电柜， 经过直流防雷配电柜中的直流断路器及直流浪涌保护后，进入到 250KW 的逆变系统中。再由每 4 个 250KW的逆变系统将直流逆变为交流后汇集进入交流配电柜， 经过交流防雷配电柜中的交流断路器及交流浪涌保护装置后，接入 290V/10KV 的升压变压器并入 10KV的电网中。3.3 电 池组件串联方案的设计环境条件湖北襄阳近 5 年最高气温为 37.6℃，最低气温为﹣ 8.8℃，年均气温在 15℃ 17℃之间。方案 系统的电池组件选用 SK6610P-230， 单组功率为 230W 的多晶硅太阳能电池板，其工作电压约为 29.5V，开路电压约为 36.6V。根据 ShineWise 并网逆变器的 MPPT 工作电压范围 （ 470V850V） ， 每个电池串列按照 20 块电池组件串联进行设计， 每 14 串接入一个汇流箱， 每 4 个汇流箱接入一个 250kW 逆变单元，每个 250kW 的并网单元需配置 56 个电池串列， 1120 块电池组件，其功率为 257.6kWp，整个 1MW 系统需要 224 个电池串列，共 4480 块电池组件。 （ 20 14 4 44480 块）4 3.4 光 伏防雷汇流箱的设计为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线， 以及方便维护操作， 建议直流侧采用分段连接， 逐级汇流的方式连接， 即通过光伏阵列防雷汇流箱 （简称 “汇流箱” ）将光伏阵列进行汇流。针对逆变器和光伏组件的选择，建议配置型号为 SDDL-16-1 智能光伏防雷汇流箱 16 台， 每台均有 16 路直流输入， 汇流箱每路均有电流检测， 其线路图如下图所示监控模块 直流断路器直流输出 --电源通讯接口 RS485 - - - - - - - - - - - - - - - -防雷器高压熔丝1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16-LND1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 D16FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 FU6 FU7 FU8 FU9 FU10 FU11 FU12 FU13 FU14 FU15 FU16 FU17 FU18 FU19 FU20 FU21 FU22 FU23 FU24 FU25 FU26 FU27 FU28 FU29 FU30 FU31 FU32H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12H13H14H15H16QF11FS防反二极管图 3.2 汇流箱线路图该汇流箱的接线方式为 16 进 1 出， 即把相同规格的 16 路电池串列输入经汇流后输出 1 路直流。该汇流箱具有以下特点智能光伏防雷汇流箱具有以下特点1 SDDL-16-1 采用 2mm 的钢板热镀喷塑而成；2 防护等级 IP65， 防水、 防灰、 防锈、 防晒， 能够满足室外安装使用要求；3 可同时接入 16 路电池串列；4 配置防反二极管防止逆流，最大耐压值≥ 1000VDC；5 具有 16 路保护控制，每路的正负极都配置高压直流熔断器（最大电流为 16A） ，其耐压值可达 DC1000V；5 6 汇流箱配有 16 路电流监控装置，对每 1 路电池串列进行电流监控，通过 RS485通讯接口上传到上位机监控装置；7 直流汇流的输出正极对地、 负极对地、 正负极之间配有光伏专用防雷器；8 直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器；9 汇流箱安装维护方便；3.5 直 流防雷配电柜的设计光伏阵列汇流箱通过电缆接入到直流防雷配电柜，按照 4 个 250KW 并网发电单元进行设计， 需要配置 1 台直流防雷配电柜， 主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后， 经直流断路器和防反二极管汇流、 防雷， 再分别接入 4 台 SW 250KTL（ 250KW）并网逆变器，方便操作和维护。直流防雷配电柜的外形尺寸为 600 1000 2000mm3， 柜内由 16 台 ABB 125A断路器、 直流浪涌保护装置、 防反二极管、 风扇、 散热器及铜排等连接部分组成。每台直流配电柜是针对 1MW 系统进行设计。直流防雷配电柜基本配置见下表表 3.1 直流防雷配电柜基本配置序号 项目 数量（ pcs ） 说明1 直流断路器 16 额定电流 125A ， PV 专用2 直流浪涌保护器 1 DC1000V ， PV 专用3 微型断路器 1 4 二极管 8 正极5 风扇 12 6 散热器 4 7 铜牌、电缆 若干3.6 并 网逆变器的设计（ SW 250KTL ）3.6.1 总 体介绍并网逆变器是光伏并网发电系统的重要设备之一。 太阳电池组件把太阳能转化为直流电能，经并网逆变器转变为与交流电网同频率、同相位的正弦波电流，馈入电网实现并网发电功能。6 SW 250KTL（ 250KW） 光伏并网逆变器智能化程度高， 每天自动启停工作，无需人为控制。250KW 逆变器是由一面 600 1000 2000mm3 的机柜、 5 台 SW 50K-Module（ 50KW 模块） 、交直流断路器及铜排等配电连接部分组成。 250KW 逆变器外观图如下图 3.3 250kW 逆变器外观示意图SW 250KTL（ 250KW ） 采用美国 TI 公司 32 位专用 DSP 控制芯片精确控制；主电路采用德国最先进的 IGBT 智能功率模块， 有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率；运用电流控制型 PWM 有源逆变技术，可靠性高，保护功能齐全，并具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等技术特点。该并网逆变器的主要性能特点如下1 完全按照国际标准设计，符合电气规范化要求；2 单级三电平变换，最高效率 98.6，欧洲效率 97.5；3 智能 MPPT 算法，快速响应光强变化， MPPT 效率达 99.9；4 模块化设计，降低故障影响，便于安装维护；5 智能休眠， 根据输入情况自动选择输出功率 （ 100， 80， 60， 40，20， 0） ；6 滤除自身谐波功能，最大程度保证输入电网的电能质量；7 低电压穿越功能；7 8 过 /欠压、过 /欠频及过流保护；9 主动、被动结合防孤岛，快速准确；10 无功功率可调，功率因数范围超前 0.95 至滞后 0.95；11 有功功率降额；12 适应严酷的电网环境，工作频率 50/60 4.5Hz；13 辅助电源冗余设计；14 提供 RS485标准通讯接口，以太网可选；15 强大的后台监控软件，真正实现远程管理。3.6.2 技 术参数表 3.2 250KW 光伏并网逆变器技术参数型号 SW 250KTL 直流侧参数最大直流电压 900Vdc MPP 电压范围 470850Vdc 最大直流功率 275KWp 最大输入电流 585A 交流侧参数额定输出功率 250kW 额定电网电压 290Vac 最大交流输出电流 500A 电网频率 45.554.5/55.564.5Hz （允许）总电流波形畸变率 3 额定功率 功率因素 0.99 转换效率最大效率 98.6 （无变压器）欧洲效率 97.5 （无变压器）防护等级 IP20 （室内）常规数据夜间自耗电 40W 允许环境温度 – 20 50 C 冷却方式 风冷允许相对湿度 095 ，无冷凝允许最高海拔 3000 米显示与通讯显示 液晶屏8 型号 SW 250KTL 标准通讯方式 RS485 可选通讯方式 以太网机械参数外形尺寸（宽 * 高 * 深） 600*2000*1000 mm3净重 400kg 3.6.3 方 案优点1 提升系统效率目前，对于普通低压隔离变压器，一般效率在 97～ 98％左右，这样通过一级变压器的隔离后，就会使得整个系统发电效率降低 2～ 3百分点。对于 1MW光伏系统， 按平均每天 4 小时， 80满载发电， 低压隔离变压器损耗按 2计算，采用建议方案后，每年可多发电 23360 度电， 20 年即可多发电 46.7 万度电，具有很高的经济效益。2 节省投资成本建议方案中光伏发电输出不需要配置低压隔离变压器即可直接与 10KV 交流电网匹配，可以节省几十万的投资费用。3 提高可靠性方案中光伏逆变器不需要配置低压隔离变压器， 系统配置得以简化， 提高了系统的可靠性，而且也节省了系统安装、维护的成本。4 智能化启动与休眠z 光伏阵列的输出功率大于 500Wp 且开路电压大于逆变器的唤醒电压时逆变器自动开启；z 光照加强时，光伏阵列的输出功率逐渐升高，每增加 50KW，逆变器对应开启一个模块，直到所有模块全部开启；z 光照减弱时，光伏阵列输出功率逐渐降低，每降低 50KW ，逆变器对应控制一个模块休眠；z 光伏阵列输出功率小于 500Wp 时，逆变器自动休眠。9 3.7 交 流防雷配电柜的设计交流防雷配电柜按 1MW 系统容量设计，即四台 250KW 逆变系统共用一个交流配电柜。主要是由一面 600 1000 2000mm3 的机柜、 4 台支路开关、 2 个交流总开关、 交流浪涌保护装置以及铜排等配电部分组成。 交流防雷配电柜配置清单如下表 3.3 交流防雷配电柜配置清单序号 项目 数量（ pcs ） 说明1 交流断路器 630A 4 2 交流断路器 1250A 2 3 交流浪涌保护器 2 4 急停控制开关 1 5 电源指示灯 2 6 铜牌、电缆 若干4 系 统监控方案4.1 低 压配电监控低压配电监控对象为光伏系统中除变压器和高压配电柜外带有通讯接口的设备或装置。系统可选配 1 套监控装置及 1 套环境监测仪，采用 RS 485（标配）或以太网（选配）的通讯方式，对于逆变器，其监控软件可实时显示工作状态和运行参数；对于光伏阵列现场的环境参数（含风速、风向、日照强度、环境温度） ，可通过选配的环境监测仪采集。此监控方案按 1MW 系统设计， 监控板采集到的数据可由路由器及光纤转换器最后经 TCP/IP 方式传输给总监控，系统监控方案见图 4.1。10 图 4.1 1MW 光伏系统监控方案图并网系统的后台监控软件功能如下 实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计 CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。 可查看每台逆变器的运行参数，主要包括（但不限于） 直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、日发电量、累计发电量、日无功量、总无功量、累计 CO2 减排量、每天发电功率曲线图。 监控所有逆变器的运行状态，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少应包括以下内容电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变器过温、逆变器故障、风扇故障、逆变器孤岛、 CAN 通讯失败。5 接 入电网方案本系统采用升压设计方案，将 4 台 SW 250KTL 经过 1 台 290V/10KV 双分裂升压变压器（ 0.29/0.29/10KV， 1000KVA）接入本地的 10KV 的电网中，实现并网发电功能。注高压并网发电系统应由供电部门进行接入系统设计。11 5.1 升 压变压器技术要求290V/10KV 双分裂升压并网变压器一般是由变压器主体、保护外壳、冷却风机以及温控系统组成。适用标准 GB1094.11， GB/T 10228， IEC60076；运行条件海拔＜ 2000m；环境温度 -10℃ 40℃； 绕组连接方式 290V 侧为星形接法，N 线悬空，不与 PE相连， 10KV侧为三角形接法。6 接 地及防雷为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠， 防止因雷击、 浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生， 系统的防雷接地装置必不可少。 用户可根据整个系统情况合理设计交流防雷配电、接地装置及防雷措施。 7 电 气设备配置清单及成本根据上述 1MW 系统的设计，主要设备清单如表 7.1 所示。表 7.1 1MW 光伏系统电气设备配置清单及成本序号 名称 规格和型号 单位 单价 /RMB 数量 总价 /RMB1 智能光伏防雷汇流箱10A*16 路SDDL-16-1 台 9， 000 16 144,000 2 直流防雷配电柜 600 1000 2000mm3 面 120,000 1 120,000 3 250 kW 逆变器 SW250KTL 600 1000 2000 mm3 面 250,000 4 1,000,000 4 交流防雷配电柜 600 1000 2000 mm3 面 100,000 1 100,000 5 双分裂 升压变压器1MVA ，变比0.29/10KV 台 260,000 1 260,000 6 其他辅材 套 1 12 8 发 电量估算总装机容量 10MW，即 107W；安装地点湖北襄阳；年均峰值日照时间 1843.2h；日均峰值日照时间 5.05h；逆变器欧洲效率（平均效率） 97.6；系统配电效率暂不考虑；光伏组件遮挡损失系数暂不考虑；光伏组件衰减系数暂不考虑；平均日发电量 5.05 97.6 10 4.93 10 kWh；平均年发电量 3.72 10 365 1.8 10 kWh。13 9 补 充说明一、 该 1MW系统也可由 2 台 500KW逆变器 SW500KTL并联组成， SW500KTL由10 个 50KW模块组成，采用 SW500KTL时，光伏组件串并联方案不变，每 8台光伏汇流箱并联输入一台 500KW逆变器， 直流防雷配电柜改为每 8 路输入汇流成一组输出， 交流防雷配电柜改为 2 路输入， 2 路输出， 变压器无变化。 二、 该方案为 1MW光伏发电系统技术方案， 10MW 光伏系统由 10 个该 1MW系统组成， 10MW光伏系统电气设备配置清单及成本如下表 表 9.1 10MW 光伏系统电气设备配置清单及成本 序号 名称 规格和型号 单位 单价 /RMB 数量 总价 /RMB 1 智能光伏防 雷汇流箱 10A*16 路 SDDL-16-1 台 9， 000 160 1， 440， 0002 直流防雷配 电柜 600 1000 2000mm3 面 120,000 10 1,200,0003 250 kW逆变器 SW250KTL 600 1000 2000 mm3 面 250,000 40 10,000,000 4 交流防雷配 电柜 600 1000 2000 mm3 面 100,000 10 1,000,0005 双分裂升压 变压器 1MVA ，变比0.29/10KV 台 260,000 10 2， 600， 0006 其他辅材 套 10