300KWp光伏并网系统技术方案-合肥阳光电源有限公司

金太阳示范工程专题典型方案 300KWp 光伏并网系统 技术方案 合肥阳光电源有限公司 2 目 录 一、 300KW光伏并网发电系统总体设计方案 .3 1.1 系统组成 3 1.2 相关规范和标准 3 1.3 总体设计方案一 4 1.3.1 方案一简介 . 4 1.3.2 光伏阵列汇流箱的设计（ PVS-8M） 4 1.3.3 直流防雷配电柜的设计（ PMD-D300K） 6 1.3.4 并网逆变器的设计（ SG100K3） 7 1.4 总体设计方案二 9 1.4.1 方案二简介 . 9 1.4.2 光伏阵列汇流箱的设计（ PVS-16M） 10 1.4.3 直流防雷配电柜的设计（ PMD-D300K） 12 1.4.4 并网逆变器的设计（ SG50K3） . 14 1.5 并网系统的监控通讯方式 16 1.6 接入电网方案 19 1.7 接地及防雷 21 1.8 设备配置清单 22 二、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例（部分） 23 2.1 上海临港新城MW 级光伏电站 . 23 2.2 上海世博会园区中国馆、主题馆及其他场馆MW 级光伏并网发电系统 24 2.3 中节能杭州节能环保产业园光伏并网发电项目一期 2MW屋顶光伏电站. 25 2.4 上海太阳能工程中心MW 级光伏电站 . 26 2.5 合肥阳光电源厂房 500KW光伏并网电站 . 27 2.6 奥运鸟巢 105KW光伏并网电站 . 28 3 一、300KW光伏并网发电系统总体设计方案 1.1 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（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。 1.2 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 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 4 1.3 总体设计方案一 1.3.1 方案一简介 将系统分成 3 个 100KW 的并网发电单元， 通过3台S G1OOK3（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国产某功率为 210Wp 的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为 29.6V，开路电压约为 36.5V。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 20 块电池组件串联进行设计，300KW 的并网单元需配置 72 个电池串列， 共 1440 块电池组件,其功率为 302.4KWp。 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。 此系统还要配置直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防 雷配电单元。其中：直流防雷 配电单元是将汇流箱进行配电汇流，分别接入 3 台 SG100K3 逆变器；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。 方案一并网发电示意图如下： 监控装置 环境检测仪 100 逆变器1 交流 防雷 配电 及计 量 (用 户自 备) 公共 电网 负荷 直 流 防 雷 配 电 汇 流 箱 汇 流 箱 汇 流 箱 光伏阵列 100 逆变器2 100 逆变器3 3 台 SG1OOK3 分布式并网发电示意图 1.3.2 光伏阵列汇流箱的设计（PVS-8M） 针对总体设计“方案一”中逆变器和光伏组件的选择，建议配置我公司型号为 PVS-8M 防 雷汇流箱 9 台，其有 8 路直流输入，汇流箱的每路均有电流检测。 5 如下图所示： 8 路光伏阵列汇流箱外形图 该汇流箱的接线方式为8进1出，即把相同规格的 8 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： 1) 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； 2) 可同时接入 8 路电池串列，每路电池串列的允许最大电流 10A； 3) 宽直流电压输入范围，最大接入开路电压可达 1000V； 4) 每路电池串列的正负极都配有光伏专用高压直流熔丝进行保护； 5) 汇流箱配有 8 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； 6) 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防雷器，防雷器选 用国际知名品牌； 7) 直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器选用国际品牌 ABB。 汇流箱的电气原理框图如下图所示： 6 DC30V 供电电源 电池串列7 (+) 电池串列8 (+) 电池串列6 (+) 电池串列5 (+) 电池串列4 (+) 电池串列3 (+) 电池串列2 (+) 直流断路器 防雷器 - + 高压熔丝 电池串列1 (+) 接地 直流输出(+) 直流输出(-) 电流检测板通讯接口 RS485 电池串列1 (-) 电池串列2 (-) 电池串列3 (-) 电池串列4 (-) 电池串列5 (-) 电池串列6 (-) 电池串列8 (-) 电池串列7 (-) 8 路光伏阵列汇流箱配置图 1.3.3 直流防雷配电柜的设计（PMD-D300K） 光伏阵列汇流箱通过电缆接入到直流防雷配电柜，按照 1 个 300KW 并网发电单元进行设 计，需要配置 1 台直流防雷配电柜 PMD-D300K（300KW），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 3 台 SG100K3（100KW）并网逆变 器，方便操作和维护。 电气原理框图如下图所示： 7 直流防雷配电柜配置图 1.3.4 并网逆变器的设计（SG100K3） SG100K3 外形图 8 1.3.4.1 SG100K3 总体介绍 SG100K3（100KW）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。 美国 TI 公司 32 位专用 DSP 控制芯片精确控制并网逆变器；主电路采用德国最先进的智 能功率 IPM 模块，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） 宽直流输入电压范围，最高可达 1000V（可选）； （2） 最高转换效率达 97.0%； （3） 最大功率点跟踪（MPPT）效率99.9%； （4） 精确的输出电能计量； （5） 具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能； （6） 完善的保护功能； （7） 模块化设计，方便安装与维护； （8） 适应高海拔应用（0.99 最大效率 97%（含变压器） 欧洲效率 96.4%（含变压器） 额定电网电压 400Vac 允许电网电压范围（三相） 310V～450AC 额定电网频率 50Hz/60 Hz 允许电网频率范围 47～51.5Hz/ 57～61.5Hz 夜间自耗电 99.9%； （4） 精确的输出电能计量； （5） 具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能； （6） 完善的保护功能，系统的可靠性更高； 15 （7） 模块化设计，方便安装与维护； （8） 适应高海拔应用（0.99 最大效率 95.5%（含变压器） 欧洲效率 94.8%（含变压器） 16 额定电网电压 400Vac 允许电网电压范围（三相） 310V～450AC 额定电网频率 50Hz/60 Hz 允许电网频率范围 47～51.5Hz/ 57～61.5Hz 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） ；GPRS（选配） 使用环境温度 －25℃～＋55℃ 使用环境湿度 0～95%，无冷凝 冷却方式 风冷 尺寸（宽×高×深） 820×1964×646mm 防护等级 IP20（室内） 重量 700kg 1.5 并网系统的监控通讯方式 系统可配置 1 套监控装置及 1 套环境监测仪，采用 RS485（标配）或 Ethernet 以太网（选 配）的通讯方式，利用我公司开发的监控软件实时掌控光伏并网逆变器的工作状态和运行参 数，以及光伏阵列现场的环境参数（含风速、风向、日照强度、环境温度）。 设备通讯原理示意图如下： 监控通讯原理示意图 (1) 监控主机特点如下： 此光伏并网发电系统采用高性能工业控制 PC 机（见下图所示）作为系统的监控主机，配 置光伏并网系统专用网络版监测软件，采用 RS485（标配）或 Ethernet 以太网（选配）通讯 方式，可以连续每天 24 小时对所有的并网逆变器运行状态和数据进行监测。 17 (2) 并网系统的网络版监控软件功能如下： — 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）： 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、逆变器机内温度 G、时钟 H、频率 I、功率因数 J、当前发电功率 K、日发电量 L、累计发电量 M、累计 CO2 减排量 N、每天发电功率曲线图 — 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因包括以下内容： 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； 18 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； (1) 监控软件具有集成环境监测功能，能实现环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风 向、室外温度、室内温度和电池板温度等参量。 图 10 环境检测仪 (2) 可每隔 5 分钟存储一次电站所有运行数据，包括环境数据。故障数据实时存储。 (3) 能够分别以日、月、年为单位记录和存储数据、运行事件、警告、故障信息等。 (4) 可以连续存储 20 年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。 (5) 可通过监控软件对逆变器进行控制，可以以电子表格的形式存储运行数据，并可以用图 表的形式显示电站的运行情况。 (6) 要可提供多种远端故障报警方式，包括：SMS（短信）方式，E_MAIL 方式。 (7) 就地监控设备在电网需要停电的时候可接收来自于电厂监控系统的远方指令。（可选） (8) 监控主机同时提供对外的以太网接口，用户可以通过网络方式，异地实时查看并网逆变 系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。 (9) 监控系统在电网需要停电的时候能接收电网的调度指令。（可选） (10) 监控系统能根据天气变化预测光伏电站功率。（可选） (11) 下图是本公司的并网逆变器的监控界面： 19 1.6 接入电网方案 本系统采用的三相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） 20 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 光伏并网发电系统的电网接入有低压接入和高压接入两种 方式，在这里只介绍低压接入 电网方案。 低压电网接入 并网系统接入三相 400V 或单相 230V 低压配电网，通过交流配电线路给当地负荷供电， 剩余的电力馈入公用电网。根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，分为可逆流并网系统 和不可逆流并网系统。 1) 可逆流并网系统 对于可逆流并网系统，一般发电功率不能超过配电变压器 容量的 30%，并需要对原有的 计量系统改装为双向表，以便发、用都能计量，如图 7 所示。 逆变器 AC400/230V,50Hz 三相交流电网 当地负荷 双向计量表 单向计量表 图 7 可逆流低压并网发电系统 2) 不可逆流并网系统 对于不可逆流并网系统，一般有两种解决方案： z 系统安装逆功率检测装置，与逆变器进行通讯，当检测到有逆流时，逆变器自动控制发 电功率，实现最大利用并网发电且不出现逆流，如图 8 所示。 逆变器 当地负荷 AC400/230V,50Hz 三相交流电网 功率检测装置 RS485 图 8 防逆流并网发电系统 21 1.7 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。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； （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，汇流箱内已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（用户自备） ，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。 22 1.8 设备配置清单 根据上述系统的设计，我公司可提 供的设备配置清单如下： 逆变控制设备 汇流箱 直流配电装置 逆变器 序号 并网发电方 式 规格 数量 规格 数量 规格 数量 监 控 装 置 电网接 入等级 系统容量：300KWp 1.1 分布并网发 电方案一 PVS-8M 9 台 300KW 直流防 雷配电箱 1 台 SG100K3 3 台 1套 1.2 分布并网发 电方案二 PVS-16M 6 台 300KW 直流防 雷配电箱箱 1台 SG50K3 6台 1套 0.4KV 备注： — 上表中，汇流箱的数量是按照单块光伏组件的功率为 210Wp 左右计算的，仅供参考，在 实际应用中，可能会有些差异。 — 对于光伏建筑一体化并网发电系统，经常需要考虑建筑美观因素，导致光伏组件规格和 朝向不一致，从而需要配置不同规格的逆变器，针对这种情况，需要综合考虑实际情况， 进行系统的优化设计。 — 高压并网发电系统应由供电部门进行接入系统的设计。 23 二、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例（部分） 2.1 上海临港新城MW级光伏电站 系统介绍： — 系统容量：1.06MWp — 安装面积：约 15000m 2 — 电网接入：10KV — 年发电量：约 100 万千瓦时 24 2.2 上海世博会园区中国馆、主题馆及其他场馆MW级光伏并网发电系统 系统介绍： — 系统容量：5MWp 以上 — 安装面积：约 50000m 2 — 电网接入：10KV — 年发电量：约 500 万千瓦时 25 2.3 中节能杭州节能环保产业园光伏并网发电项目一期 2MW屋顶光伏电站 系统介绍： — 系统容量：2MWp 以上 — 安装面积：约 15385m 2 — 电网接入：10KV — 年发电量：约 182 万千瓦时 26 2.4 上海太阳能工程中心MW级光伏电站 系统介绍： — 系统容量：1MWp — 安装面积：约 11000m 2 — 电网接入：10KV — 年发电量：约 100 万千瓦时 27 2.5 合肥阳光电源厂房 500KW光伏并网电站 系统介绍： — 系统容量：500KWp — 安装面积：约 6000m 2 — 电网接入：0.4KV — 年发电量：约 60 万千瓦时 28 2.6 奥运鸟巢 105kW光伏并网电站 系统介绍： — 系统容量：105kWp — 安装面积：约 1100m 2 — 电网接入：400/230V — 年发电量：约 12 万千瓦时