100KW分布式光伏电站方案与对策

. . 100KWp光伏并网发电系统 技 术 方 案 光伏电站设计方案模板 1 目 录 一、总体设计方案 . 2 二、系统组成 . 3 三、相关规范和标准 . 3 四、设计过程 . 4 4.1 并网逆变器 . . 4 4.1.1 性能特点简介 4 4.1.2 电路结构 5 4.1.3 技术指标 5 4.1.4 LCD 液晶显示及菜单简介 6 4.1.5 并网逆变器图片 . 16 4.2 光伏电池组件 . 17 4.3 光伏阵列防雷汇流箱 . 17 4.4 交直流防雷配电柜 . 18 4.5 系统接入电网 . 19 4.6 系统监控装置 . 19 4.7 环境监测仪 . 22 4.8 系统防雷接地装置 . 22 五、系统主要设备配置清单 23 六、系统电气原理框图 25 光伏电站设计方案模板 2 一、总体设计方案 针对 100KWp光伏并网发电系统项目，我公司建议采用分块发电、集中并网方案， 元，通过 1 台 SG1OOK3（ 100KW）并网逆变器接入 0.4KV 交流电网，实现并网发电功能。 系统的电池组件可选用 180Wp(35V)单晶硅光伏电池组件， 其工作电压约为 35V， 开 路电压约为 45V。根据 SG100K3并网逆变器的 MPPT工作电压范围（ 450V～ 820V） ，每个 电池串列按照 16 块电池组件串联进行设计， 100KW的并网单元需配置 35 个电池串列， 共 560 块电池组件 , 其功率为 100.8KWp。 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” ）和 配电柜将光伏阵列进行汇流。 汇流箱的防护等级为 IP65，可在户外安装在电池支架上，每个汇流箱可接入 6 路 电池串列，每 100KW并网单元需配置 6 台汇流箱，整个 100KWp的并网系统需配置 6 台 汇流箱。 并网发电系统配置 1 台交直流防雷配电柜， 该配电柜包含了直流防雷配电单元和交 流防雷配电单元。 其中： 直流防雷配电单元是将 6 台汇流箱进行配电汇流， 接入 SG100K3 逆变器； 交流防雷配电单元提供一台 SG100K3逆变器的三相 AC380V,50Hz交流并网接口， 并经三相计量表后接入电网。 另外，系统应配置 1 套监控装置，可采用 RS485或 Ethernet （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。 光伏电站设计方案模板 3 二、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） 交直流防雷配电柜； （ 4） 光伏并网逆变器（带工频隔离变压器） ； （ 5） 系统的通讯监控装置； （ 6） 系统的防雷及接地装置； （ 7） 土建、配电房等基础设施； （ 8） 系统的连接电缆及防护材料。 三、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 61727:2004,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 60529:1998 ） 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 光伏电站设计方案模板 4 四、设计过程 4.1 并网逆变器 此次光伏并网发电系统设计为 100KW并网发电单元， 每个 100KW并网发电单元配置 1 台型号为 SG100K3并网逆变器， 整个系统配置 1 台 SG100K3并网逆变器， 组成 100KWp 并网发电系统。 4.1.1 性能特点简介 SG100K3并网逆变器采用美国 TI 公司专用 DSP控制芯片，主电路采用日本最先进 的智能功率 IPM模块组装， 运用电流控制型 PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压 器，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： （ 1） 采用美国 TI 公司 DSP芯片进行控制； （ 2） 采用日本三菱公司第五代智能功率模块（ IPM） ； （ 3） 太阳电池组件最大功率点跟踪技术 (MPPT)； （ 4） 50Hz 工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离； （ 5） 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； （ 6） 具有先进的孤岛效应检测方案及具有完善的监控功能； （ 7） 具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能； （ 8） 宽直流输入电压范围，整机最大效率可达 96.2%； （ 9） 适应电网电压波动较大的特点。并网逆变器正常工作允许电网三相线电压范围 光伏电站设计方案模板 5 为： AC330V～ AC450V，频率范围为： 47－ 51.5Hz； （ 10）人性化的 LCD液晶界面，中英文菜单，通过按键操作，液晶显示屏可显示实时各 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； （ 11）提供 RS485或 Ethernet （以太网）远程通讯接口。其中 RS485遵循 Modbus通讯 协议； Ethernet （以太网）接口支持 TCP/IP 协议 ，支持动态 (DHCP)或静态获取 IP 地址； （ 12） SG100K3并网逆变器具有 CE、 TUV认证证书。 4.1.2 电路结构 SG100K3并网逆变器主电路拓扑结构 如上图所示， SG100K3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三相变压器隔离升压后并入电网发电。 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。 4.1.3 技术指标 型 号 SG100K3 隔离方式 工频变压器 最大太阳电池阵列功率 110KWp 最大阵列开路电压 880Vdc 太阳电池最大功率点跟踪（ MPPT）范围 450Vdc～ 820Vdc 最大阵列输入电流 250A 额定交流输出功率 100KW 总电流波形畸变率 0.99 最大效率 96.2% 欧洲效率 95.2% 允许电网电压范围（三相） 330V～ 450AC 允许电网频率范围 47～ 51.5Hz 夜间自耗电 30W 保护功能 极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等 通讯接口 RS485(标配 ) ； Ethernet （选配） 使用环境温度 － 20℃～＋ 40℃ 使用环境湿度 0～ 95%，不结露 冷却方式 风冷 噪音 ≤ 60dB 尺寸（深×宽×高） 770× 1020× 1900 mm 防护等级 IP20 （室内） 电网监控 按照 UL1741 标准 4.1.4 LCD 液晶显示及菜单简介 SG100K3光伏并网逆变电源智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。在 逆变电源的最上端有 3个主要状态显示 LED灯， LCD面板上有 5个 LED灯和 6个按键（如下图 所示），通过这些指示灯和按键可知道逆变电源的工作状态并对逆变器进行控制。 光伏电站设计方案模板 7 逆变电源采用 LCD液晶显示（如下图所示） ，为了更好进行人机界面交互操作，面 板上设置了 6 个按键， 5 个运行指示灯。 （ 1）按键操作介绍 按键的功能，如下表所示： 按键 功能 ESC 返回、结束 向上选择待设置值 / 参数设置时增加设定值 光伏电站设计方案模板 8 ▼ 向下选择待设置值 / 参数设置时减少设定值 向左选择待设置值 向右选择待设置值 ENTER 确认进入菜单 确认设置值 注：按任一键，液晶的背光灯亮持续 2 分钟。 （ 2） LED指示灯说明 LED 灯 含义 POWER 逆变电源工作电源灯 ( 控制板开始工作 ) RUN 并网运行灯 ( 并网发电，灯亮 ) STOP 停止并网 FAULT 故障灯 ( 出现故障，灯亮 ) COM 通讯测试灯 ( 通讯正常，灯亮 ) 在 LCD面板的上方有 POWER,RUN,FAULT 3个状态指示灯，在下方有 1个 STOP紧急停机 按钮， 3个指示灯的含义与 LCD面板上的指示灯含义相同， STOP为紧急停机按钮，当用户 需要紧急停机时按下此按钮，效果如同在 LCD操作下关机，系统自动停机，此时 STOP灯 亮。 （ 3）液晶显示界面介绍 光伏电站设计方案模板 9 PV ABC 250V200A 220V 72A 220V220V 71A72A 状态：运行 功率： 47.300KW 2007/01/25 10:15:25 运行信息故障记录启停控制参数设置 开机关机 恢复出厂值请输入密码： 0000 时钟调整设置 日期： 07/04/12 通讯参数调整 波特率调整为：【0 】 0： 9600 1： 4800 2： 2400 设备占号调整为：【0 】 发电量补偿：＋ 000 KWH 系统参数校正参数保护参数通讯参数 历史故障记录总数02 2007/01/12 10:12:18 直流过压 2007/01/14 11:12:18 时钟调整恢复出厂值 语言设置发电量补偿 SG100K-3 SG100K-3 并网逆变电源 无效设置！ 密码错误！ 参数设置请输入密码： 0000 天发电量电网电压并网电流电网频率输出功率 直流电压直流电流机内温度 000.0V 000.0V000.0A 000.0A00.0Hz 000.000KW 00.0O C 0000000.0KW H 发电总量 减少 C02 排放量 总运行时数天运行分钟 000.0Kg00000h000min 0000000.0KWH 月发电量 0000000.0KW H 语言设置[ ]2 ：中文 1 ：英文时间： 14:28:30 设置完毕！ 直流过压 确认设置? 无保护参数设置 确认关机？ 确认开机？ %20 40 60 80 906 8 10 12 14 16 18 P%20 40 60 80 906 8 10 12 14 16 18 P 日输出功率曲线图日发电量柱状图 请输入真实值 A 相电压 : 000V A 相电流 :000A B 相电流 :000A C 相电流 :000A B 相电压 : 000V C 相电压 : 000V 功率因数 : 0.000 确认校正么? 0 ：西班牙 说明：显示产品公司名称、产品名称。 光伏电站设计方案模板 10 主界面 说明： 显示当前的直流输入电流和电压、 三相交流输出电流和电压、 交流输出功率、 运行状态、当前运行时间。 主菜单界面 说明：为了了解并网逆变电源的详细信息以及对其进行控制和运行参数设置，特设 计此菜单。其包括：参数信息、故障信息、启停控制、参数设置。通过▼键进行选 择。 运行信息子界面 光伏电站设计方案模板 11 说明：在主菜单界面中当箭头指向“参数信息”并按 ENTER键后，可得到详细的参数 信息。其包括：输出功率、交流电压、交流电流、电网频率、阵列电压、阵列电流、 机内温度和较少二氧化碳排放量等信息。 运行信息还包括日输出功率曲线图：直坐标是当天的时间，纵坐标是输出功率占总 功率 100KW的百分比。 日发电量柱状图 : 直坐标是当天的时间，纵坐标是输出能量占总 100KWH的百分比。 故障信息子界面 说明：在主菜单界面中当箭头指向“故障信息”并按 ENTER键后，可进入此界面。其 包括：当前故障信息和历史故障信息。 有如下的故障：直流过压、直流欠压、直流过流、交流过压、交流欠压、交流 过流、频率异常、孤岛效应、温度异常、 DSP异常、接地异常、模块异常、通讯异常。 系统保留最近的 20条故障的名称和时间。 启停控制子界面 光伏电站设计方案模板 12 开机 关机 说明：在主菜单界面中当箭头指向“启停控制”并按 ENTER键后，可进入此界面。其 包括：开机和关机控制。通过 ENTER键进行开关机。 参数密码确认界面 说明：为防止非用户对并网逆变器的参数进行修改，参数设置需通过密码认证。默 认的密码为： 1111。 参数设置调整界面 时钟调整 恢复出厂值 语言设置 发电量补偿 说明： 在参数设置密码确认屏中输入正确密码后并按 ENTER键即可进入此界面。 其包 括：语言设置、时钟调整、发电量补偿、恢复出厂值。 语言设置界面 光伏电站设计方案模板 13 说明：通过此界面设置可以进行中英文和西班牙文的切换显示。 时间调整界面 时钟调整设置 日期： 07/04/12 时间： 14:28:30 说明：时钟显示与当前时间不一致时，通过按键调整时间从而与当前时间一致。 发电量补偿界面 发电量补偿：＋ 000 KWH 说明：发电量补偿用来补偿，显示的总发电量与专用电表不一致的部分，通过▼键 可选择＋或－补偿量。此界面按 ENTER键后会显示“补偿完毕！ ” 。 恢复出厂值界面 恢复出厂值 请输入密码： 0000 光伏电站设计方案模板 14 说明： 恢复出厂值用来清空历史故障记录和发电量记录。 需输入密码， 默认值为 1111。 串口调整界面 通讯参数调整 波特率调整为：【 0】 0： 9600 1： 4800 2： 2400 设备占号调整为：【 0】 说明：通过此界面来设置占号和波特率。 校正参数设置屏 请输入真实值 A 相电压 : 000V A 相电流 :000A B相电流 :000A C相电流 :000A B相电压 : 000V C相电压 : 000V 功率因数 : 0.000 确认校正么 ? 说明：当实际测量参数与液晶显示参数不一致时， 需要在此屏进行调整，用户可以将真 实测量值输入，供内部校正系数用。 保护参数设置屏 说明：此软件版本暂无保护参数设置。 密码错误提示屏 光伏电站设计方案模板 15 说明：当用户输入错误密码时此界面会出现。 设置完毕提示屏 说明：当用户设置完毕后此界面会出现。 光伏电站设计方案模板 16 4.1.5 并网逆变器图片 光伏电站设计方案模板 17 4.2 光伏电池组件 目前在光伏并网发电系统中， 特别是在大型光伏电站中， 普遍选用具有较大功率的 光伏电池组件，本系统选用单块 180Wp（ 35V）单晶硅光伏电池组件，其工作电压约为 35V，开路电压约为 45V。当然，也可选用其它类型的光伏电池组件。 SG100K3并网逆变器的直流工作电压范围为： 450Vdc～ 820Vdc，最佳直流电压工作 点为： 560Vdc。 经过计算 :560V/35V=16, 得出：每个电池串列可采用 16 块光伏电池组件串联。 每个电池串列的峰值工作电压： 560V，开路电压： 720V，满足逆变器的 MPPT工作 电压范围。 对于每个 100KW并网发电单元，需要配置 560 块 180Wp光伏电池组件，组成 35 个 电池串列。整个 100KWp并网系统需配置 560 块 180Wp光伏电池组件。 每个电池串列的原理接线图如下图所示： 4.3 光伏阵列防雷汇流箱 为了减少电池组件到逆变器之间的连接线， 以及方便维护操作， 本系统在户外配置 光伏阵列防雷汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上。 光伏阵列防雷汇流箱 ( 型号 :SPVCB-6)的性能特点如下： 1) 户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求； 2) 可同时接入 6 路电池串列，每路电池串列输入的最大电流为 10A； 3) 电池串列的最大开路电压为 DC900V； 4) 每路电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为 DC1000V； 5) 直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器， 光伏电站设计方案模板 18 防雷器采用菲尼克斯品牌； 6) 直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用 ABB品牌； 7) 光伏阵列防雷汇流箱的电气原理框图如下图所示： 每个 100KW并网单元配置 6 台汇流箱，整个 100KWp并网系统需配置 6 台光伏阵列 防雷汇流箱。 4.4 交直流防雷配电柜 交直流防雷配电柜包含直流防雷配电单元和交流防雷配电单元，其中，直流防雷 配电单元按照 100KW直流配电单元设计， 每个直流配电单元可接 6 台光伏阵列防雷汇流 箱，经直流断路器和防反二极管后汇流、防雷，再接至 SG100K3逆变器；交流防雷配电 提供 1 路 SG100K3并网逆变器的三相 AC380V,50Hz交流并网接口， 经三相计量表、 三相 电压和电流表接入公用交流电网，并在网侧配置总交流断路器和防雷器。 交直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示： 光伏电站设计方案模板 19 4.5 系统接入电网 本系统采用的 SG100K3并网逆变器直接并入三相低压交流电网（ AC380V， 50Hz） ， 使用独立的 N线和接地线，适应的电网参数如下表： 序号 项目 内容 1 配电系统方式 TN-S母线（独立的 N线和 PE线） 2 系统电压 AC380/220V 3 额定频率 50Hz 4 系统接地方式 中性点直接接地 4.6 系统监控装置 采用高性能工业控制 PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统多机版监控软 件，采用 RS485通讯方式，连续对所有并网逆变器的运行参数和工作状态进行监测。 光伏电站设计方案模板 20 (1) 监控主机的照片和系统特点如下： 嵌入式低功耗 VIA C3 处理器； 带 LCD/CRT VGA； 以太网口； RS232/RS485通讯接口； USB2.0； 256M 内存 ( 可升级 ) ； 40G 笔记本硬盘 ( 可升级 ) ； (2) 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： ① 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。 ② 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. 交流电压 D. 交流电流 E. 频率 F. 当前发电功率 G. 日发电量 H. 累计发电量 I. 逆变器机内温度 J. 时钟 K. 累计 CO2减排量 L. 每天发电功率曲线图 ③ 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； 光伏电站设计方案模板 21 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 、散热器过热； J、逆变器孤岛； K、 DSP故障； L、通讯失败； (3) 监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、和环境温度等 参量。 (4) 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 年以上的电站所 有的运行数据和所有的故障纪录。 (5) 可提供中文和英文两种语言版本。 (6) 可长期 24 小时不间断运行在中文 WINDOWS 2000， XP 操作系统。 (7) 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。 (8) 显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果。 下图是本公司的并网逆变器的监控界面： 光伏电站设计方案模板 22 4.7 环境监测仪 本系统可配置 1 套环境监测仪 ( 如下图所示 ) ，用来监测现场的环境情况： 该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架 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。 4.8 系统防雷接地装置 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。系统的防雷接 地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考： （ 1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同 时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖 1～ 2 米深地线坑，采用 40 扁钢， 添加降阻剂并引出地线，引出线采用 10mm2 铜芯电缆，接地电阻应小于 4 欧姆。 光伏电站设计方案模板 23 （ 2）在配电室附近建一避雷针，高 15 米，并单独做一地线，方法同上，配电室在地下 室不需要避雷针。 （ 3）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接电缆接入光伏 阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流 防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。 （ 3）交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经交流防雷配电柜接入电网，可有效地 避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏， （ 4）所有的机柜要有良好的接地。 五、系统主要设备配置清单 序 号 名称 型号规格 数量 价格 （出厂价格估算） 备注 1 光伏电池组件 ( 及电池支架 ) 2 光伏阵列防雷汇流箱 3 交直流防雷配电柜 光伏电站设计方案模板 24 4 光伏并网逆变器 5 监控装置 多机版监控软件 工控机 液晶显示器 6 环境监测仪 7 RS485/232转换器 8 系统的防雷和接地装置 用户自备 9 土建及配电等基础设施 用户自备 10 系统连接电缆线及防护材料 用户自备 合计 RMB 1、以上为批量出厂报价，含税 √ 。 2、交货日期：由签定合同日起 60 天内交货。 3、售后服务：本公司产品一律保修一年，终身维护。 4、目前，我公司暂时不接受国外安装，只提供设备。 5、国内的工程安装报价一般为设备总价的 20％，供参考。 光伏电站设计方案模板 25 六、系统电气原理框图 光伏电站设计方案模板 26