光伏发电项目主要设计方案.doc

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1、光伏发电项目主要设计方案1.1 设计规模本次光伏发电设计总输出发电容量为4MWp，最佳阵列倾角为31，系统输出每年衰减取0.7%，首年发电量为489万kWh ，25年平均发电量437万kWh ，25年总发电量约1.09亿kWh。1.2 光伏发电系统工艺原理光伏发电是根据光生伏特效应，利用太阳能电池（solar cell）将太阳光的光能直接转化为直流电能。光伏发电系统是根据这一基本原理构成的完整发电系统。太阳能光伏发电系统主要由太阳电池组件、控制/逆变器、交直流配电系统、监控系统等几部分组成。太阳能电池是以半导体制成的，将太阳光照射在其上，太阳能电池吸收太阳光后，能透过p型半导体及n型半导体使其

2、产生电子（负极）及电洞（正极），同时分离电子与电洞而形成电压降，再经由导线传输至负载，见图1.2所示。由于太阳能电池产生的电是直流电，因此若需提供电力给各式电器则需要加装直/交流转换器，即逆变器，将直流电转换成交流电，才能供电至工业用电。太阳能电池发电原理示意图见图1.2-1所示。图1.2-1 太阳电池发电原理示意图该项目为不可调度式并网光伏发电系统。太阳光通过太阳能电池组件转换为直流电，经过三相逆变器（DC-AC）转换成三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网要求的交流电，直接接入公共电网。1.3 太阳能光伏发电系统设计本项目采用分散发电、集中并网、集中控制方案，将系统分为若干个并网发

3、电单元，汇流后集中送至逆变升压站集中逆变。 本方案建设规模4MW，采用4个1MWp光伏子系统，每个子系统由3922片255Wp多晶硅太阳能电池组件组成。每个1MWp的系统由两台集成式500KWp逆变器，1台315V/35KV,1000KVA变压器组成。太阳能电池阵列经光伏防雷汇流箱汇流后，接至逆变器直流配电侧，再分别经过变压配电装置汇总至35KV母线实现并网。每个发电单元就地设置一个逆变升压子站，就地安装汇流柜、逆变器、交直流开关柜、升压变等等电气设备。具体工艺流程简图见图1.3所示。光伏组件直流汇流箱直流配电柜500kW逆变器35kV箱式变压器35kV配电室送出至变电站逆变器室图1.3 光伏

4、发电系统工艺流程简图1.4 太阳能光伏组件选型太阳能电池组件是太阳能发电系统的核心部件，其光电转换效率、各项参数指标的优劣直接影响整个光伏发电系统的发电性能。表征太阳能电池组件性能的各项参数有标准测试条件下组件峰值功率、最佳工作电流、最佳工作电压、短路电流、开路电压、最大系统电压、组件效率、短路电流温度系数、开路电压温度系数、峰值功率温度系数、输出功率公差等。 本项目选用市场常规型号组件，多晶硅255Wp国内一线厂商组件。技术参数如下表1.4。 表1.4 太阳能电池组件参数编号项 目 名 称数 据1太阳电池种类多晶硅组件2太阳电池组件型号3组件标准峰值参数3.1标准功率 （Wp）2553.2峰

5、值电压 （V）30.6 3.3峰值电流 （A）8.383.4短路电流 （A）8.983.5开路电压 （V）37.7 4组件效率15.9% 5峰值功率温度系数(%/)-0.42 6开路电压温度系数(%/)-0.34 7短路电流温度系数(%/)0.04 810年功率衰降10% 950年功率衰降0.99 / 0.9 超前- 0.9滞后夜间自耗功率 100 W防护等级IP20通讯协议Ethernet (OF optional), RS485最大总谐波失真(额定功率时)3%1.6 太阳能阵列的布置1.6.1 光伏阵列运行方式 对于光伏组件，不同的安装角度接受的太阳光辐射量是不同的，发出的电量也就不同。安

6、装支架不仅要起到支撑和固定光伏组件的作用，还要使光伏组件最大限度的利用太阳光发电。光伏方阵安装方式主要有：倾角季度调节、单轴跟踪和双轴跟踪等。本工程可研推荐选用固定式。考虑到灰尘雨雪滑落要求及倾斜支架较好稳定性的角度范围，因此确定本工程电池方阵的最佳倾角定为31，方位角定为0。1.6.2 光伏方阵布置方式 本项目采用“分块发电、集中并网”方式。本次项目建设规模为4MW，需要255Wp的多晶硅光伏组件15686块组成。光伏阵列由4个1MWp光伏子阵列组成，每个子方阵由若干路太阳能电池组串并联而成，每个太阳能电池组串又是由若干个光伏组件串联而成。太阳能电池组件串联的数量由逆变器的最高输入电压和MP

7、PT电压、以及太阳能电池组件允许的最大系统电压所确定。太阳能电池组串的并联数量由逆变器的额定容量确定。综合考虑汇流箱、直流配电柜、逆变器等因素，最终确定本项目每个1MWp子单元由3922块255Wp多晶硅组件组成256串多晶硅组件串，分别接入16只防雷汇流箱，经汇流箱汇流后，接入2台防雷直流配电柜，再接入2台集成式500KWp逆变器、1台315V/35KV,1000KVA变压器组成。太阳能电池阵列经光伏防雷汇流箱汇流后，接至逆变器直流配电侧，再分别经过变压配电装置汇总至35KV母线实现并网。1.6.3 太阳能电池板支架太阳能支架基础拟采用天然地基的扩展基础，混凝土等级C30，支架采用钢结构，支

8、架设计保证光伏组件与支架连接牢固、可靠，底座与基础连接牢固。作为农光互补发电，光伏电板架设高度考虑水产基地、畜牧基地和农业大棚基地等，光伏组件下沿架高高度不同。一般水产基地光伏组件下沿高为1.5m，畜牧基地组件下沿高2m，农业大棚基地组件下沿高3m。支架基础埋深1.5m，考虑雨水对支架及太阳能板的侵蚀，支架基础顶面高于设计地面标高3m左右。本项目多晶硅组件支架采用31固定式支架安装，采用预应力混凝土管桩基础PC-300（70）A-C60-x.x。组件底部拟搭建农业大棚，组件间距1.5m、距地面设为2m，便于人工对农地进行开垦种植。 太阳能电池板支架主要材料钢材：采用Q345B热镀锌；主要包括：

9、立柱为603圆管，支撑SC41*41*1.5，SC41*41*1.0，斜支撑半抱箍3*130*224，斜撑固定支撑件2 .5*200*300，斜撑固定支撑件2 .5*200*300，主梁SC41*41*1.0，凛条SC62*41.3*1.0，桁架梁25*1. 2圆管，拉杆10圆钢焊条：E43；螺栓: 檩条、支撑的连接采用普通螺栓，性能等级4.6级；钢筋:采用 HPB235、HRB335 钢；混凝土强度等级： C30。荷载组合：根据建筑抗震设计规范，对于一般结构地震荷载与风荷载不进行组合，由于电池组件自重很小，支架设计时风荷载起控制作用，因此最不利荷载组合中不考虑地震荷载。 经过计算淮阴区五里镇

10、光伏方阵最佳安装倾角为31，故本次4MW项目农业大棚朝南倾斜面设计为31，光伏组件采用纵向平铺安装方式，光伏阵列设计为3排54列，采用18块串联的接线方式，单个大棚组件功率为300*162=48.6KW,本次4MW项目建设110个农业大棚，大棚间距设计为3.5米，每个农业大棚占地面积约为60平方米，4MW项目预计占地约120亩地。1.7 方阵接线方案设计1.7.1 直流防雷汇流箱的选型对于大型光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，以及日后维护方便，需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。按照本系统并网发电的设计要求，需配置光伏方阵防雷汇流箱，其性能特点如下:1)户外壁挂式安

11、装，防水、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求;2)最大可同时接入16路太阳电池串列，每路串列的电流不大于10A;3)每路可接入最大太阳电池串列的开路电压不大于DC1000V; 4)每路太阳电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值不小于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，防雷器采用魏德米勒品牌;6)直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用施奈德品牌;本项目采用：HL-16防雷汇流箱。多晶硅光伏组件共4MWp，每个1MWp光伏发电单元共安装3922件255Wp光伏组件，每16件光伏组件串联为一个支路，共256个支路，各支路平均

12、分配接入16个HL-12汇流箱。本项目共需HL-16汇流箱64个。1.7.2 直流防雷配电柜的选型 按照本系统并网发电的设计要求，需配置直流防雷配电柜，其性能特点如下:1)每套直流配电柜根据汇流箱台数及容量匹配相应直流输入接口;2)柜内应设有断路器及操作开关(每路直流输入侧配有可分断的直流断路器)，以便于维护人员运行操作及检查； 3)直流母线输出侧配置光伏专用防雷器，具备雷击防护告警功能，标称放电电流大于40kA；防浪涌能力；4)直流母线输出侧配置1000V直流电压显示表，电流互感器以及电流表；5)室内放置箱体防护等级不低于IP20； 6)直流柜柜体采用RITTAL镀锌钢材制作而成，结构密封、

13、防尘、防潮，柜架和外壳有足够的强度和刚度，能承受所安装元件及短路时所产生的动、热稳定，同时不因运输等情况而影响设备的性能，还应便于运行维护。 本项目采用容量为500KW的配电柜，每台直流防雷配电柜具有16路直流输入接口，可接16台光伏汇流箱。4MWp（255Wp）多晶硅组件并网逆变器需配置4台需配置8台光伏方阵防雷汇流箱。每台逆变器的交流输出接入交流配电柜，经交流断路器接入升压变压器，并配有逆变器的发电计量表。每台交流配电柜装有交流电网电压表和输出电流表，可以直观地显示电网侧电压及发电电流。1.7.3 发电单元接线方式 本项目装机容量4MWp，采用“分块发电、集中并网”的总体设计方案进行设计。

14、共4个发电单元，每个发电单元容量为1MWp。 255Wp多晶硅光伏组件共4MWp，每个1MW光伏发电单元共安装3922块255Wp光伏组件，每16件光伏组件串联为一个支路，共256个支路，各支路平均分配接入防雷汇流箱，再接入直流防雷配电柜。每1MWp光伏发电单元经光伏防雷汇流箱汇流后，接至两台集成式500KWp逆变器，逆变器输出270V三相交流，通过交流电缆分别连接到1台1000KVA变压器1000KVA箱变内各自的低压侧断路器，箱变低压侧采用双分裂绕组接线形式。1.7.4 升压方案并网逆变器输出为三相270V电压接入交流升压变压器低压侧，交流升压变压器升压至35KV后通过电缆汇聚35KV配电

15、室母线。本项目以1MWp为一个光伏发电单元，每个发电单元通过逆变器整流逆变后输出270V三相交流电，再通过1台1000kVA变压器升压后与相邻几组光伏发电单元并联接至35kV母线。共需要4台1000kVA变压器，每台变压器和每个逆变器组合成一个箱式变电站，通过电缆线路送至站内35kV配电装置。1.8 电缆高、低压配电室电缆采用电缆沟敷设，控制室电缆采用电缆沟、活动地板下、穿管和直埋的敷设方式;太阳能电池板至汇流箱电缆主要采用太阳能板下敷设电缆槽盒的方式;汇流箱至箱变间的电缆采用电缆槽盒和电缆沟相结合的方式;箱式变电站至35KV配电装置的电缆主要采用电缆沟的方式敷设。低压动力和控制电缆采用ZRC

16、级阻燃电缆，消防等重要电缆采用耐火型电缆。控制室电子设备间设活动地板，35KV配电室、所用电室及箱式变电站设电缆沟，其余均采用电缆穿管或直埋敷设。电缆构筑物中电缆引至电气柜、盘或控制屏、台的开孔部位，电缆贯穿墙、楼板的孔洞处，均实施阻火封堵。电缆沟道分支处、进配电室、控制室入口处均实施阻火封堵。1.9 电气系统1.9.1 一次接入系统该项目以1MWp为一个光伏发电单元，每个单元通过逆变器整流逆变后输出0.315KV低压三相交流电，再通过一台1000kVA箱式升压变升压后与站内集电线路相连，全站4MWp容量共安装4台1000kVA箱式升压变，通过电缆线路送至站内35kV配电装置。1.9.2 电站

17、主接线站内设两台站用变压器为全站提供站用电源，一台站用变由站内10kV母线供电，另一台由站外10kV配电网引接电源。正常时全站电源由10kV外接电源提供，事故或停运时，由电站10kV母线经降压提供电源。该项目因接入系统报告尚未完成，经与当地电力公司沟通，本项目暂定采用1回35KV架空线接入110KV五里变，距离站区3.5KM左右。1.9.3 电气二次该项目采用光伏发电设备集中控制方式，在综合楼设集中控制室实现对光伏设备及电气设备的遥测、遥控、遥信。电站内主要电气设备采用微机保护，以满足信息上送。 (1)计算机监控系统 电控楼配置计算机监控系统一套，全面监控升压站运行情况。监控系统采集系统电流、

18、电压、功率、开关状态及逆变升压站及其电池组件、汇流箱、直流系统、变压器的温度等信息，采集各支路的发电量。 监控系统具有远动功能，根据调度运行的要求，该变电站端采集到的各种实时数据和信息，经处理后可传送至上级调度中心，实现少人、无人值班。每个35KV逆变升压站设子监控一套，并通过网络交换机与综合楼计算机监控系统相连。子监控系统的功能如下: 逆变器采用微机监控，对各太阳能电池组件及逆变器进行监控和管理，在LCD上显示运行、故障类型、电能累加等参数。由计算机控制太阳能电池组件及逆变器与电力系统软并网，控制采用键盘、LCD和打印机方式进行人机对话，运行人员可以操作键盘对太阳能电池组件及逆变器进行监视和

19、控制。太阳能电池组件及35KV逆变升压站设有就地监控柜，可同样实现微机监控的内容。太阳能电池组件、直流汇流箱、35KV逆变升压站均设置保护和监测装置，可以实现就地控制控，同时向监控中心发出信号。如:温升保护、过负荷保护、电网故障保护和传感器故障信号的。保护装置动作后跳逆变器出口断路器，并发出信号。计算机监控系统可通过群控器实现逆变器的并列运行。群控器控制逆变器的投入与退出，具备同步并网能力，具有均分逆变器负载功能，可降低逆变器低负载时的损耗，并延长逆变器的使用寿命。监控系统通过群控器采集各台逆变器的运行情况。为保证光伏电站监控系统及远动设备电源的可靠性，该工程设置二套交流不停电电源装置(UPS

20、)，容量为5kVA。供微机监控系统提供安全可靠的工作电源，UPS不带蓄电池，其所需直流电源由直流系统提供。每个分站房均配置1套交流不停电电源UPS，容量为1kVA，由逆变器厂家成套提供，供微机监控系统提供安全可靠的工作电源，UPS自带蓄电池。(2)保护干式变设置高温报警和超温跳闸保护，动作后跳高低压侧开关。子站升压变高压开关柜上装设测控保护装置。设速断、过流保护、零序过流保护、方向保护。测控保护装置将所有信息上传至监控系统。系统保护以接入系统设计和审查意见为准。测控保护装置将所有信息上传至监控系统。低压开关具备过电流保护、接地保护功能等。逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护

21、、过载保护、接地保护等，装置异常时自动脱离系统。 （3）技防遥视在电气配电间、电缆夹层内均设置火灾报警探测器，在综合楼设置消防控制中心，由消防控制中心发出警报并进行相关联动。光伏电场周围1.9m高围栏设置红外线报警和视频监控。技防遥视系统纳入35kV 开关站总体系统中。1.10 防雷、接地及过电压保护1.10.1 防雷 该项目安装太阳能电池方阵面积大，电池的组件及支架，均为导电性能良好的金属材料，易遭受直接雷击和形成感应过电压。因此，根据本地区年平均雷暴日数和光伏组件的占地面积，客观地分析光伏方阵遭受直击雷的概率，进行设计。 （1）光伏发电系统防雷露天光伏组件利用其四周的铝合金边框与支架可靠连

22、接，再通过支架与主接地网连接。为防止侵入雷电波对电气设备造成危害，在35kV架空进线起点与终端电缆头处、35kV进/出线柜内、35kV段母线等处装设避雷器。隔离升压变压器、逆变器的进、出口和直流汇流箱出口处均装设避雷器。 （2）35kV配电室防雷在35kV集中配电室外设置独立避雷针进行防直击雷保护。每台逆变器配有相同容量的独立的交直流防雷配电柜，防止感应雷和操作过电压。在各级配电装置每组母线上安装一组避雷器以保护电气设备。 （3）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，太阳能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。交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经交流防雷柜（内含防雷保护装置）接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜要有良好的接地。1.10.2 接地站内设一个总的接地装置，以水平接地体为主，垂直接地体为辅，形成复合接地网，将电池设备支架及太阳能板外边金属框与站内地下接地网可靠相连，站区内箱式变压器及逆变器等设备通过接地扁钢与地网连接。水平接地体采用热镀锌扁钢，垂直接地体采用热镀锌角钢，主接地网要求接地电阻不大于1。