1MWp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 1MWp 光伏并网系统 技术方案 合肥阳光电源有限公司 2 目 录 一、 1MWW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-16M） 5 1.3.3 直流防雷配电柜的设计（ PMD-D250K） 6 1.3.4 并网逆变器的设计（ SG250K3） 7 1.4 总体设计方案二 10 1.4.1 方案二简介 . 10 1.4.2 光伏阵列汇流箱的设计（ PVS-16M） 12 1.4.3 直流防雷配电柜的设计（ PMD-D500K） 13 1.4.4 并网逆变器的设计（ SG500KTL） 14 1.5 并网系统的监控通讯方式 17 1.6 接入电网方案 20 1.7 接地及防雷 22 1.8 设备配置清单 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） 24 2.1 上海临港新城MW 级光伏电站 . 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 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. 26 2.4 上海太阳能工程中心MW 级光伏电站 . 27 2.5 合肥阳光电源厂房 500KW光伏并网电站 . 28 2.6 奥运鸟巢 105KW光伏并网电站 . 29 3 一、1MWW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； （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 此光伏并网发电系统将采用分布式并网的设计方案，将 1MW 系统分成 4 个 250kW 的并网 发电单元，通过 4 台 SG25OK3（250kW）并网逆变器接入 0.4kV 交流电网，实现并网发电。 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 SG250K3 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，每个 250kW 的并网单元需配置 60 个电池串 列， 1200 块电池组件,其功率为 252kWp；整个 1MW 系统需要 240 个电池串列，共 4800 块电 池组件。 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 4 台 SG250K3 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： 5 250 逆变器4 250 逆变器3 250 逆变器1 直流 防雷 配电4 直流 防雷 配电3 直流 防雷 配电2 汇 流 箱 汇 流 箱 直流 防雷 配电1 监控装置 环境检测仪 250 逆变器2 交流 防雷 配电 及计 量 (用 户自 备) 公 共 电网 负荷 汇 流 箱 汇 流 箱 光伏阵列 4 台 SG25Ok3 分布式并网发电示意图 1.3.2 光伏阵列汇流箱的设计（PVS-16M） 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-16M 防雷汇流箱 16 台，每台均有 16 路直流输入，汇流箱的每路均有电流检测。 如下图所示： 16 路光伏阵列汇流箱外形图 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： 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 16 路电池串列； 3） 每路接入电池串列的开路电压值最大可达 DC1000V； 6 4） 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 15A） ，其耐压 值可达 DC1000V； 5） 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 ； 6） 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，防雷器选用菲 尼克斯品牌； 7） 直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器，断路器选用 ABB 品牌； 8） 汇流箱的电气原理框图如下图所示： DC30V 供电电源 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3 (+) 电池串列4 (+) 电池串列5 (+) 电池串列8 (+) 电池串列7 (+) 电池串列6 (+) 电池串列10(+) 电池串列11(+) 电池串列12(+) 电池串列9 (+) 电池串列13(+) 电池串列16(+) 电池串列15(+) 电池串列14(+) 电池串列14(-) 电池串列15(-) 电池串列16(-) 电池串列13(-) 电池串列9 (-) 电池串列12(-) 电池串列11(-) 电池串列10(-) 电池串列6 (-) 电池串列7 (-) 电池串列8 (-) 电池串列5 (-) 电池串列4 (-) 电池串列3 (-) 电池串列1 (-) 电池串列2 (-) 16 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-D250K） 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 4 台直流防雷配电柜 PMD-D250K（250KW），主要是将汇流箱输出的直流电缆接 7 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 SG250K3（250KW）并网逆变 器，方便操作和维护。 电气原理框图如下图所示： 250KW 直流防雷配电柜系统图 1.3.4 并网逆变器的设计（SG250K3） SG250K3 外形图 1.3.4.1 SG250K3 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 8 功能。 SG250K3（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。 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 有源逆变技术和优质进口高效 50Hz 隔离变压器，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） 采用新型智能矢量控制技术，可以抑制三相不 平衡对系统的影响，并同时提高直流电 压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围。最高可达 1000V（可选）； （2） 最高转换效率达 97.1%； （3） 采用 32 位数字信号处理器作为控制 CPU，运用带模糊控制的 SPWM 调制策略，经过优 化的最大功率点跟踪技术可以保证设备的高效输出，最 大功率点跟踪（MPPT）效率 99.9%； （4） SG250K3 使用全光纤驱动技术，可靠避免了系统的误触发并大大降低了电磁干扰对系 统的影响，从而增强了整机的稳定性与可靠性； （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） 自主研发的无差拍电流控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量； （7） 精确的输出电能计量； （8） 具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能； （9） 按照 IEEE1547、UL1741 等国际标准要求进行产品设计，具有先进的孤岛效应检测方案、 完善的保护功能和监控功能； （10）对逆变器的技术参数进行特殊的设计，适应中国电网波动较大的特点； （11）模块化设计，方便安装与维护； （12）适应高海拔应用（0.99 最大效率 97.1%（含变压器） 欧洲效率 96.5%（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/60Hz 允许电网频率范围 47～51.5Hz/ 57～61.5Hz 夜间自耗电 99.9%； （4） 使用全光纤驱动技术，可靠避免了系统的误触发并大大降低了电磁干扰对系统的影响， 从而增强了整机的稳定性与可靠性； （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） 自主研发的无差拍电流控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量； （7） 精确的输出电能计量； （8） 具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能； （9） 按照 IEEE1547、UL1741 等国际标准要求进行产品设计，具有先进的孤岛效应检测方案、 完善的保护功能和监控功能； （10）对逆变器的技术参数进行特殊的设计，适应中国电网波动较大的特点； （11）模块化设计，方便安装与维护； （12）适应高海拔应用（6000 米） ； （13）辅助电加热（可选）； （14）人性化的触摸屏 LCD 人机界面，中英文菜单，图形化的界面方便了用户及时掌握系统 的整体信息可实时显示各项运行数据、故障数 据、历史故障数据、总发电量数据和历 史发电量数据等； （15）提供 RS485（标配）或 Ethernet 以太网（选配）通讯接口； （16）使用德国品牌机柜，优质、美观； （17）低电压穿越、无功功率可调、有功功率降额等功能（可选） ； （18）并网逆变器具有中国权威检测机构——电力科 学研究院出具的检测报告，还取得了金 太阳认证、意大利 DK5940 认证、欧洲知名认证机构 TüV 颁发的 CE 证书。 1.4.4.2 SG500KTL 效率曲线 16 1.4.4.3 SG500KTL 电路结构 SG500KTL 逆变器主电路拓扑结构 如上图所示，SG500KTL 并网逆变器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，通过滤波器滤波变成正弦波交流电，接着通过外置的双分裂三相 干式变压器隔离升压（根据接入电网的要求，变压器另配，本系统升压至 10KV）后并入电 网发电。 1.4.4.4 SG500KTL 技术指标 型 号 SG500KTL 最大太阳电池阵列功率 550KWp 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 直流输入路数 16 路 最大阵列输入电流 1200A 额定交流输出功率 500KW 最大效率 98.7% 欧洲效率 98.5% 17 总电流波形畸变率 3% （额定功率时） 功率因数 ≥0.99（额定功率时） 电网电压范围 210V AC ~310V AC 额定电网频率 50Hz/60Hz 允许电网频率范围 47～51.5Hz/ 57～61.5Hz 夜间自耗 100W 保护功能 极性反接、电网过压、电网欠压、电网过频、电 网欠频、短路、孤岛效应、过热、过载、接地故 障等保护 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% ，不结露 海拔高度 6000 米 冷却方式 风冷 防护等级 IP20（室内） 尺寸（宽×高×深） mm 2800× 2180×850 重 量 1800kg 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 18 (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。 (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； 19 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、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。 20 (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： 1.6 接入电网方案 本系统“方案一”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： 21 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 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。 22 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 “方案二”采用的是一次升压设计方案，选 用2台SG5 00KTL 并网逆变器经 过1台10KV 双分裂升压变压器（0.27/0.27/10KV,1000KVA）T 接入本地的 10KV 中压电网，实现并网发电 功能。 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。 23 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 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 并网发电方 案一 PVS-16M 16 台 250KW 直流防 雷配电箱 4 台 SG250K3 4 台 1套 0.4KV 1.2 并网发电方 案二 PVS-16M 16 台 500KW 直流防 雷配电箱箱 2 台 SG500KTL 2 台 1套 10KV 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。 24 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 25 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 26 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 27 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 28 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 29 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