7MWp 大型并网光伏发电站电力系统接入方案.doc

7MWp 大型并网光伏发电站电力系统接入方案1.1 系统构成 光伏并网发电系统由太阳电池组件、方阵防雷接线箱、直流配电柜、光伏并网逆变器、配电保护系统、电力变压器和系统的通讯监控装置组成。7MWp 大型并网光伏发电站主要组成如下： 7MWp 晶体硅太阳能电池组件及其支架建议采用 250Wp 晶体硅组件； 方阵防雷接线箱设计采用带组串监控的智能汇流箱（室外方阵场）； 光伏并网逆变器设计采用 1000kW 光伏并网逆变器； 10kV 开关柜（交流配电和升压变压器）设计采用 0.315kV-10kV 升压变压器； 系统的通讯监控装置设计采用光伏电站综合监控系统。 表 2.1.1 5MWp 大型并网光伏电站主要配置表序号项目名称规格型号数量1总装机容量7MWp25年年均发电量971万kWh2太阳电池组件多晶250w28000块3太阳电池组件支架镀锌角钢1733吨4方阵防雷接线箱喷塑密封98台5光伏并网逆变器1000kw7台6升压变压器0.315kv-10kv2台（2000kva/5000kva）7PT柜10kv;7000kva1台8并网柜10kv; 7000kva1台9计量柜10kv; 7000kva1台10UPS 电源/通讯柜.(监控系统)智能监控; 1台1.2 太阳电池阵列设计1、太阳电池组件选型目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。1> 单晶硅太阳能电池目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率为 16%18%，是转换效率最高的，但是制作成本高，还没有实现大规模的应用。2> 多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约 15%17%。制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总生产成本较低，因此得到大量发展。本方案设计采用 250Wp 多晶硅太阳电池组件，见图 2.2.1 图 2.2.1 太阳电池组件 组件设计特点 使用寿命长：抗老化 EVA 胶膜（乙烯-醋酸乙烯共聚物），高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃，透光率和机械强度高； 安装简便：标配多功能接线盒，三路二极管连接盒，抗风、防雷、防水和防腐； 高品质保证：光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品 ISO9001 认证； 转换效率高：晶体硅太阳电池组件，单体光电转换效率15%； 边框坚固：阳极化优质铝合金密封边框。 组件电性能参数表 2.2.1 230Wp 太阳电池组件技术参数 1> Isc 是短路电流：即将太阳能电池置于标准光源的照射下，在输出端短路时，流过太阳能电池两端的电流。测量短路电流的方法，是用内阻小于 1 的电流 表接在太阳能电池的两端。2> Im 是峰值电流。3> Voc 是开路电压，即将太阳能电池置于 100MW/cm2 的光源照射下，在两端开路时，太阳能电池的输出电压值。可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。4> Vm 是峰值电压。5> Pm 是峰值功率，太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的，将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大，即可获得最大输出功率，用符号 Pm 表示。此时的工作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流，分别用符号 Vm 和 Im 表示，即 Pm=Im×Vm。太阳能电池板的工作电压和 Voc 均为输出电压, Voc 指太阳能电池板无负载状态下的输出电压，工作电压指太阳能电池板连接负载后的最低输出电压，工作电流指太阳能电池板输出的额定电流。太阳能电池板的一个重要性能指标是峰值功率 Wp，即最大输出功率，也称峰瓦，是指电池在正午阳光最强的时候所输出的功率，光强在 1000瓦左右。 I-V 曲线图如图 2.2.4I-V 曲线图所示。 图 2.2.2 I-V 曲线图 如何保证组件高效和长寿命 保证组件高效和长寿命，主要取决于以下四点：高转换效率、高质量的电池片；高质量的原材料，例如：高的交联度的 EVA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光率高强度的钢化玻璃等；合理的封装工艺；员工严谨的工作作风。由于太阳电池属于高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌，所以除了制定合理的制作工艺外，员工的认真和严谨是非常重要的。2、光伏阵列表面倾斜度设计 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： RS×sin(+)/sin+D 式中：R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 中午时分的太阳高度角 光伏阵列倾角 根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量，确定太阳能光伏阵列安装倾角。本方案假设设计太阳能光伏阵列安装倾角为 45°时，全年接受到的太阳能辐射能量最大。考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率，但需要维护，而且会增加故障率，因此本项目设计采用固定的光伏方阵。3、太阳电池组件串并联方案 500kW 光伏并网逆变器的直流工作电压范围为：480Vdc920Vdc。 太阳电池组件串联的组件数量 Ns=920/37.3825（块），这里考虑温度变化系数，取太阳电池组件 20 块串联，单列串联功率 P=20×250Wp=5000Wp；单台 1000kW 光伏并网逆变器需要配置太阳电池组件并联的数Np=1000000÷5000=200 列，则实际功率为 1000kWp，这样 1MWp 光伏阵列单元设计为 200 列支路并联，共计 4000 块太阳电池组件，实际功率达到 1000kWp。； 即该光伏电站总共需要 250Wp 的晶体硅太阳电池组件 28000 块，20 块串联， 1400 列支路并联的阵列，实际功率达到 7MWp。 1.3 智能汇流箱设计 智能汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分，其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵列连接到一起，以便对光伏阵列实施监控。方案设计中采用茂硕电气自主开发的汇流箱汇流箱的主要技术指标： 16 路直流输入，1 路输出； 最大输入电压：1000V； 最大输入电流（每个支路）：15A； 每个支路均设置二极管防反保护功能； 最大输出电流：240A； 外形尺寸：600×225×500mm（长×宽×高）； 配备光伏专用高压防雷器，正负极都具备防雷功能； 防护等级 IP65。根据实际情况，7 兆瓦大型并网光伏电站配置总共需要 98 台智能汇流箱，每 1MW 逆变器需要 14 台智能汇流箱。 图 2.2.3 汇流箱结构 1.4 光伏并网逆变器本方案设计采用茂硕电气的 SC1000KTL 光伏并网变流器，每台逆变器的额定功率为 1000kW，SC1000KTL 针对地面电站设计，整机重量仅 3200Kg，占地面积小于 6m2，使用普通叉车便可搬运安装，无需动用大型吊装设施，为用户节省施工成本。可支持双绕组变压器，可给用户提供多种选择，节省变压器投资成本。逆变器具备夜间 SVG 功能，0100%无功容量可调，可最大限度为用户节省站用无功设备的投资成本。支持 120%过载持续输出能力，保证在强光照时（辐射量大于 1000W/m2）的系统发电量。 图 2.2.5 1000kW 光伏并网变流器（sc1000ktl） 性能特点可靠： 创新风道设计、使用德国风机、热源分散，更好的热性能PV自发电+外部电源供电，提高系统供电可靠性IP54设计，可防风沙、防腐蚀，适应严酷的环境条件高效： 创新拓扑设计，最大效率98.7%，欧洲效率大于98.5%双路 MPPT 可选，提高系统发电效率模块化设计，实现智能休眠高过载能力，保证强光条件下系统发电量绿色： 创新磁件设计，更低并网谐波，THDi < 2%保护功能齐全，通过电网故障穿越测试，适应弱电网场景夜间SVG功能智能： 支持远程智能监控与网络管理母线电容寿命智能检测，实现黑匣子功能易用： 内置直流支路断路器，真正集成直流配电功能最高功率密度，体积更小、重量更轻前维护、靠墙安装，易损器件容易拆卸，安装维护方便多机直接并联，使用双绕组变压器，降低电站初始投资。 技术指标 1.5 配电保护装置参照系统图，PT 柜，并网柜。组件通过汇流箱接入逆变器，逆变器输出315V 通过变压器升压至 10kv 接入 PT 柜， PT 柜作为电网保护系统，并联在输出线路，输出线路通过专业并网柜有效灭弧安全通过计量柜接入10KV 线路。具体参考配置如下： 1.6 升压变压器双分裂干式变压器的详细描述：功能特点： 安全、防火、无污染，可直接运行于负荷中心。 机械强度高，抗短路能力强，局部放电小，热稳定性好，可靠性高，使用寿命厂。 低损耗、低噪音，节能效果明显，免维护。 散热性能好，过负载能力强，强迫风冷时可提高容量运行。 防潮性能好，适应高湿度和其它恶劣环境中运行。 可配备完善的温度监测和保护系统。采用智能信号温控系统，可自动启动、停止风机，并有报警、跳闸等功能设置。 体积小，重量轻，占地空间少，安装费用低。 铁芯选用优质冷轧硅钢片，45 度阶梯全斜接缝结构，利用三剪两冲铁芯去角横剪工艺和五阶梯步进剪片与叠铁工艺，改善了接缝处的磁通分布，减少了铁芯的振动能量。铁芯进行一体固化与表面用绝缘树脂密封工艺，有效地降低了空载损耗、空载流量和铁芯噪音。 高压线圈采用优质 F 级绝缘的导线与国际先进的绝缘材料绕制，较大容量线圈沿轴向设有散热气道。此结构具有良好的抗电流冲击、抗温度变化、抗开裂和极好的散热性能。采用多级分段圆筒式结构，有较强的承受过电压能力和很低的局部放电水平。线圈装模经真空干燥后浇注。 整个浇注及固化过程按照预编的工艺曲线完成，精密的过程控制保证线圈无气孔、空穴。 低压线圈采用箔式结构，有效地解决了低电压、大电流线圈采用线绕型式的安匝不平衡问题，同时箔式线圈不存在轴向匝数和轴向绕制螺旋角，有效地消除了短路时变压器的轴向力，保证了线圈内的电流密度可以根据高压线圈负荷分布自由地沿轴向调整，减少了低压突发短路时的径向力。绕制后的线圈端部采用树脂密封固化，避免了各种异物和潮气的进入。 图 2.2.7 10kV 级双分裂干式变压器 技术规范（1）类型：双分裂干式变压器（2）规格：10kv-0.315kV（3）相数：三相（4）频率：50HZ（5）绝缘等级：F 级（6）冷却方式：AN/AF（7）绝缘水平：二次绕组交流耐压：AC 3kV二次绕组冲击耐压：AC 5KV一次绕组交流耐压：AC 35kV一次绕组冲击耐压：AC 75kV（8）调压范围：±2×2.5（9）联结组标号：D，y11-y11（10）阻抗电压：6%（11）绕组材料：按客户要求（12）局部放电量：5PC（13）变压器外壳防护等级：IP32（外壳尺寸：宽*高*深 ）（14）风扇形式：采用帘式风机 1.7 发电计量系统配置方案1、发电计量仪表配置示意图、仪表类型 光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧，该电度表是一块多功能数字式电度表，不仅要具有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。同时，该表还可以提供灵活的功能：显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改，通过光电通讯口还可处理报警信号，读取电度表数据。（1） 发电计量仪表配置示意图 图 2.2.8 发电计量仪表配置示意图 （2）仪表类型本项目拟采用三相感应式交流电能表，该产品性能稳定可靠，可以用于计量三相电网中有功电能，提供双向计量。 图 2.2.9 三相感应式交流电能表2、 数据采集方案 并网光伏发电系统综合监控系统的基本功能包括： 光伏并网逆变器运行状态的监视； 并网光伏发电系统发电量计量与统计； 并网光伏发电系统环境检测； 光伏并网逆变器运行调度。（1）监控系统功能介绍光伏发电监控系统采用具有国际先进技术水平的国产化设备。自动化通讯、数据采集技术，结合了 SCADA 系统的优点，是一套完整高效的光伏发电监控系统，具备本地和远程监控功能。本地监控系统采用安装在变流柜上触摸屏，监控范围包括环境参数、汇流箱、光伏并网逆变器等。主要监控数据包括光伏发电单元的直流输出电压、电流和功率，光伏并网逆变器进出侧电压、电流、功率、并网频率和内部参数，另外还有环境温度、光照度等。远程中心监控系统采集各本地监控系统的数据，进行数据汇总、查询、统计、报警等功能。用户在办公室也能实时掌握现场设备运行状态，并能查询发电量统计和故障信息。光伏发电监控系统具备开放性和很好的可维护性，用户界面友好，易于管理和应用，其数据管理和分析工具，能满足企业生产管理的需要，具备很好的实用性。（2）监控体系结构光伏发电监控系统由监控设备（如光伏并网逆变器、汇流箱、光照强度传感器、温度传感器、电池检测器等），本地触摸屏、远程监控中心等组成。如下结构示意图： 图 2.2.10 光伏发电监控系统示意图光照强度传感器、环境温度传感器和基准电池等可通过模拟信号（如 4-20mA信号）进入就近计量柜，用模拟量采集模块进行数据采集。采集模块带 RS485 接口，采用 modbus RTU 协议。汇流箱信号也采用串口 modbus RTU 协议，就近的诺干个汇流箱可挂在一条485 总线上，接入对应计量柜。光伏并网逆变器通过本地触摸屏来进行操作和数据监视，同时光伏并网逆变器数据由触摸屏的 RJ45 端口采用 Modbus/Tcp 协议传到远程监控系统。如图 2.2.11，能比较清楚地了解计量柜内数据流。 图 2.2.11 光伏并网逆变器数据流示意图 3、本地触摸屏监控触摸屏与光伏并网逆变器、采集模块以及汇流箱采用 485 串口通讯，通过 485 协议进行实时数据收发，数据交换是双向的，也能对设备进行命令控制和参数修改。通过运行界面，用户能查看设备运行实时数据，也能根据需要，对参数进行调整和对设备的启停或工作状态进行控制。数据显示方式多样化，有直接数据显示、柱状图显示、趋势曲线显示、动画显示等，本地触屏还可保持部分历史数据在自己的存储器中。4、远程监控中心远程监控中心软件采用 solarman 光伏电站监控软件，硬件采用专门的工控机和数据服务器，能对现场所有设备进行管理。系统具有强大的分析和查询工具，满足如设备状态分析和集中监视、实时数据查询、生产报表、历史趋势分析、故障诊断等需求。监控中心由工程师站、历史数据服务器、操作员站等组成，通过核心交换机采用以太网连接，本地触摸屏接入核心交换机。具体结构如下： 远程监控，随时随地了解电站运行状况； 实时监测系统电压、电流、功率和发电量等； 记录历史数据并进行比对分析，让用户清楚了解电站的发电效率及创造的经济价值； 可连接温控仪、风向仪、环境监测仪等多个设备，让用户时刻了解电站周边的环境； 监控异常情况，报警并定位故障，及时向用户发送报警信息以便于及时维修与维护； 最大限度降低电站的故障停机时间，提高运行效率，实现经济利益最大化。 SolarMAN 在线监控平台SolarMAN 管理门户是一个光伏系统在线管理平台，它支持实时数据可视化及历史数据存储分析。SolarMAN 管理门户对数据采集器传输来的数据进行分析处理，提供丰富的图表显示，让用户快速地掌握电站的运行状况。同时 SolarMAN 管理门户提供各种自定义报警，让用户第一时间发现及定位故障。用户可以从任何地点通过 SolarMAN 管理门户查询系统运行状态、对采集数据进行分析及对电站进行管理。 友好的人机界面和多语言支持 基于 Web 的远程管理 强大的云平台支持，可同时支持数十万系统在线管理 实时数据可视化和历史数据查询 丰富的图表显示 在用户自定义的条件下报警 分析光伏系统的发电效率以及各项性能表现 根据终端用户、安装商/集成商和设备商的不同特性实现分级管理 根据用户自定义的时间间隔定期发送报告 可参考示例电站和共享电站信息 开放式 API，轻松将系统数据集成到公司或者个人网站主页 1.8环境监测装置在太阳能光伏发电场内配置 1 套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。 图 2.2.18 环境监测仪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。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其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。 1.9分布式电源接入电网论证 1.9.1分布式电源特点 分布式光伏电站通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于 35 千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏电站特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式光伏电站系统。目前应用最为广泛的分布式光伏电站系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式系统就无法保证用户的用电可靠性和用电质量。具有以下特点：1、输出功率相对较小。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。一般而言，一个分布式光伏电站项目的容量在数千千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。2、污染小，环保效益突出。分布式光伏电站项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。但是，需要重视分布式光伏与周边城市环境的协调发展，在利用清洁能源的时候，考虑民众对城市环境美感的关切。3、能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏电站在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大。分布式光伏电站的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏电站系统的功率仅约 100瓦。1.9.2接入点分析 拟接入110kV鳌头变电站10kV榭鳌乙线新青支线#85号塔，支线总长度约1.2公里，并与220kV榭平岭变电站10kV榭鳌甲线、10kV那梭线构成环网，并于2014年4月抗风加固工程中完成了该支线#01至#79号杆的线路改造工作，目前#1至#79号杆的导线线径为185平方的钢芯铝绞线，而#79至#85号塔之间的导线尚未更换，线径仍为35平方钢芯铝绞线。为配合光伏发电站接入系统要求，需要将#79至#85号塔之间的导线更换为185平方的钢芯铝绞线。1.9.3接入系统方案拟定 根据上述分析，结合三羊公司那田伏电场送出和项目的最终规模，对那田光伏电站项目拟定如下接入系统方案：1.9.4 配套方案设计1.9.4.1 电网接入系统和输变电1、电网接入系统设计 本系统由 7 个 1MWp 的光伏单元组成，总装机 7MWp，太阳能光伏并网发电系统接入 10kV/50Hz 的中压交流电网，7MWp 并网单元共配置 1 套10kV-0.315kV 的变压及配电系统进行设计， 10kV 中压交流电网接入方案描述如下：图3.1.1 10kV 中压交流电网接入方案图 1.9.5输电线路和变电系统设计 （1）输电线路设计太阳电池方阵发出的电能通过并网逆变器后经 0.4 kV 电缆线路送至升压变压器，就地升压后经 10kV 电缆线路送至PT柜，然后通过并网柜输送到10kV 输电线路上，通过 10kV 输电线路送到变电站 10kV 侧母线。若光伏电站离变电站较近，则由光伏电站至变电站的集电线路全线采用 10kV 电缆线路。光伏电站和集电线路的 10kV电缆线路敷设方式采用直埋方式或架空方式。 电缆及架空线路截面选择如下： 1）低压电缆选择：太阳电池并网逆变器至升压变压器通过电缆连接，本期工程子系统采用电缆选择 YJV-0.6/1kV-3×240+1×120mm2，每个子系统需要 4 回路电缆。 2）10kV 高压电缆选择： 电缆选择既要满足额定电流要求,还要满足热稳定要求。根据设计要求，光伏电站内每台变压器 10kV 侧并网柜之间的联络电缆及与变压器之间的连接电缆采用 YJV22-26/10kV-3×50mm2。站内电缆汇集后， YJV22-26/10kV-3×70mm2 电缆送入变电站内。 （2）变电系统设计 光伏电站内按 1MWp 一个方阵进行规划布置，共有 7 个方阵。根据光伏设备布置情况，每个方阵布置一个1mw箱式逆变器， 5个1MW方阵经汇流箱，逆变器接入5000kva变压器，2个1MW经汇流箱，逆变器接入2000kva变压器，5000kva与2000kva变压器输出接入一组中压设备（PT柜，并网柜，计量柜，UPS/通讯柜），后接入10KV电网。 1）变压器容量选择：5000kVA 变压器,2000kva变压器。2）10kV并网柜选择：为了减少电缆线路的长度及站内线路的汇集，保证电气设备的安全运行。采用 10kV。柜内采用真空负荷开关及熔断器，并配有避雷器。真空负荷开关具有接通、隔离和接地功能。与熔断器联合使用，即可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效的保护变压器。避雷器选用组合式过电压保护器，可有效限制大气过电压及各种真空断路器引起的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。该过电压保护器不但能保护截流过电压、多次重燃过电压及三相同时开断过电压，而且能保护雷电过电压。3）无功补偿逆变器含无功补偿功能。