安阳市1MW太阳能并网光伏电站示范项目方案设计.doc

太阳能工程Solar Project安阳市 1MW 太阳能并网光伏电站示范项目方案设计河南安彩高科陈林璞万志刚曹二营一、项目背景目前，太阳能的利用主要分为几个方面：家庭用小型太阳能电站、大型并网电站、建筑一体化光伏玻璃幕墙、太阳能路灯、风光互补路灯、风光互补供电系统等。大规模并网发电是光伏发电应用的重要分支，也是光伏发电进入电力规模应用的必然趋势。大规模并网光伏电站的作用类似于大型风电厂，但其电能质量、稳定性和规律性都优于风力发电。河南省地处中原，太阳能资源丰富，适宜于大型太阳能并网电站项目的建设，本项目拟在河南省安阳市荒漠化地区建设光伏并网电站以实现太阳能光电资源的充分利用。本项目为华中地区首个兆瓦级太阳能并网发电项目。电站的实施对河南省光伏发电技术的发展具有重要的意义。由于太阳能光伏发电属于能量密度低、不稳定的能源，发电量受天气气候影响较大，并网发电后会对电网供电稳定性造成一定影响，甚至波及整个大电网的稳定安全运行。通过此平台可以进行太阳能光伏组件的定制、并网逆变器的研制、分布式电源并网技术的研究、光伏发电系统的环保效益和社会效益等课题的研究，对拓展太阳能资源综合开发利二、环境及设计原则安阳地处东经 113 37114 58 、北纬 35123622 之间，邻近北回归线，年平 均 气 温 12.713.7 。 极 端 最 高 气 温40.8，极端最低气温 - 17.4。属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.5，年降水总量541.5mm ，年日照 2 030.6 小时，平均无霜期201 天，历年最热月（7 月）平均温度 27，最冷月（1 月）平均温度- 2。全年主导风向及频率：南风 14，北风13，静 25。年平均太阳辐射量110.4千卡 / 平方厘米，据统计，该地区最大平均风速为 23 米 / 秒，瞬时最大风速27 米 /秒。在对安阳 1MWp 并网光伏电站进行设计时，应考虑如下几个主要因素：1. 美观性本项目为河南省首个大功率光伏电站并网示范项目。因此，公众影响力与美观性非常重要。电池板安装在河南安阳南岗荒漠化土地上，朝向为赤道方向，与水平面垂直线夹角成一定角度。其中，倾斜角度依据试验所得数据进行确定，在夏、冬两季进行调整。2. 太阳辐照量为了增加光伏阵列的输出能量，应尽可能将更多的光伏组件置于阳光下，且避减小电缆尺寸以降低成本，同时减轻屋顶负荷并增加灵活性。通常 ，在 进 行 太 阳 能 光 伏 电 站 设 计时 ，需 将 直 流 部 分 线 路 的 损 耗 控 制 在3%4% 以内。三、系统构成采用分块发电、集中并网方案，将系统分成若干个 100kWp 并网发电单元，每个100kWp 并网发电单元配置 1 台 SG100K3三相并网逆变器，最后汇流经过0.4kV/10kV（1000kVA）变压器升压装置接入 10kV中压电网，最终将 1MWp 并网发电系统全部并入 10kV 中压电网实现上网发电。1MWp 光伏并网发电系统主要组成如下：光伏方阵；光伏组件专用三通连接器；光伏阵列防雷汇流箱；直流防雷配电柜；11 台 SG100K3 光伏并网逆变器 （带工频隔离变压器）；1 套 0.4kV/10kV（1000kVA）升压系统；环境监测及监控装置；系统的防雷及接地装置；土建、配电房等基础设施；系统连接电缆及防护材料。本方案的设计流程简述如下：1. 光伏方阵采用无锡尚德单晶硅薄膜组件产品，型号为 STP200- 18/Ub。用，提高河南省太阳能光伏产业的技术水平，为太阳能技术在河南的发展应用起到积极良好的示范作用。此外，该并网电站项目的实施，可以带动相关上、下游产业迅猛发展并促进地方相关产业的兴起并将进一步推动河南省太阳能光伏产业链的形成和发展。免光伏组件之间互相遮光，或被高塔、屋顶边缘及其他障碍物遮挡阳光。3. 电缆长度从光伏组件到接线箱、接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能保持在最短距离。减小线路压降损失，提高系统输出量；标准功率峰值电压峰值电流开路电压短路电流最大系统电压短路电流温度系数开路电压温度系数功率温度系统200Wp26.2V7.68A33.4V8.12A1000V（0.0550.01）%/K-（11310）mV/K-（0.470.05）%/K66新闻热线：010）6863 5203E- mail：（Solar Project太阳能工程根据以上参数，进行组件串联数计算：隔离方式工频变压器组件最大串联数 SN系统电压 VS/开路电压 Voc，即：推荐最大太阳电池阵列功率 275kWp最大阵列开路电压 880V太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围 480820VSNVS/Voc=1 000/4423 块拟 选 用 SG250K3 控 制 逆 变 器 ，SG250K3 并网逆变器的 MPPT 电压范围：480Vdc820Vdc。根据安全需要，输入的最大开路电压为 880V 的限制。系统的每个电池串列可采用 14 块光伏组件串联，工作电压为 366.8V，开路电压为 467.6V，满足 SG250K3 逆变器的工作电压范围。由于每个光伏电池串列的工作电流较电池板连接方式最大阵列输入电流额定交流输出功率总电流波形畸变率功率因数最大效率欧洲效率额定电网电压允许电网频率范围夜间自耗电通讯接口接线端子600A250kW0.9996.50%95.40%400VAC50Hz/60Hz100WRS485/ 以太网/GPRS小（7.63A），可将 2 个光伏电池串列经三通连接器进行并联，经计算，每个 1MW 并网单元需配置 179 套三通连接器。2. 汇流箱本系统使用的汇流箱型号为合肥阳光3. 并网逆变器光伏并网发电系统需配置 4 台SG250K3 并网逆变器。SG250K3 并网逆变器采用美国 TI 公司专用 DSP 控制芯片，主电路采用日本三菱 IPM 智能功率模防护等级使用环境温度噪音冷却尺寸（宽高深）质量IP20（室内）-20+4060dB风冷2400mm2180mm850mm1700kg能源的 SPVCB- 6。该汇流箱工作模式为 6进 1 出，即输入相同规格的 6 路电池串列经汇流后输出 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、防烟雾，满足室外安装要求；2）可同时接入 6 路电池串列，每路电池串列允许的最大电流 10A；3）每路接入电池串列的开路电压值可达 900V；4）采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值至不小于 DC1000V；5）正负极之间配有光伏专用防雷器，选用菲尼克斯品牌防雷器；6） 直 流 输 出 母 线 端 配 有 可 分 断 的ABB 品牌直流断路器；光伏阵列防雷汇流箱技术参数如下：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。具有光伏组件最大功率点跟踪技术（MPPT）；采用 50Hz 工频隔离变压器以实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；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；先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；过载 、短路、电网异常等故障保护及告警功能；宽范围直流输入电压，整机效率高达 96.2% ；适应中国电网电压波动较大的特点。并网逆变器正常工作所允许电网三相线电压范围为 ：AC330VAC450V；频 率 范 围为：47Hz51.5Hz。友好的人机操作界面，中英文菜单，可显示设备的各项运行数据、（AC380V/50Hz），所 以 系 统 需 配 置 1 套0.4kV/10kV(1000kVA)的升压装置。系统设计交流输出接入 0.4kV 低压配电柜的并网接口，经 0.4kV/10kV（1000kVA）升压变和 10kV 高压柜并入 10kV 中压电网，如下图所示：5. 系统安全为了保证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，系统防雷接地装直流输入路数直流输出路数直流输入的正负极线径直流输出的正负极线径地线线径每路直流输入的保险丝直流输出最大电流防护等级质量（大约）体积（宽高深）6 路（6 路正极、6 路负极）1 路正极，1 路负极4mm225mm216mm210A60AIP6515kG400mm500mm180mm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以及设备的工作状态；可提供包括 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 IP 地址的获取如右上表所示。4. 并网设计本系 统 将 接 入 10kV 中 压 电 网 实 现置必不可少。系统的防雷接地装置措施有多种，本方案拟采用抑制型或屏蔽型直击雷保护措施，如架设避雷带、避雷网和避雷针等，防止直击雷击中太阳能光伏组件和支架。对于引下线，拟采取多根均匀布置方式以降低引下线沿线压降，减少侧击的危险，也使引下线泻流产生的磁场强度减少。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，汇流箱电气原理框图如下图所示。MW 级并网发电单元需配置30 个汇流箱。上 网 发 电 ，由 于 SG250K3 并 网 逆 变 器适合直接并入三相低压交流电网选择附近土层较厚、潮湿的地点，挖 12米深地线坑，采用 40 扁钢，添加降阻剂并订阅本刊请拨：010）88681843 转802767（太阳能工程Solar Project引出地线，引出线采用 10mm2 铜芯电缆，接地电阻应小于 4 欧姆。四、方案分析安阳并网发电示范项目所设计的额定功 率 为 1005，600Wp。 安 阳 位 于 东 经1133711458、北纬 35123622 之间，全年辐射量为 110.4 千卡 / 平方厘米，电站 20 年运营期计算，累计发电 2 580 万千瓦时，总计可节省电费1 444.8 万元。实际运行 20 年后，该电站仍具有发电能力。河南省是一个经济大省，同时也是一个生态环境一步步恶化的能源消耗大省。发展光伏产业，不仅可以有利支撑我省“中部崛起”计划的经济发展，还将为改善日益恶化的生态环境将起到举足轻重的重要作用。安阳 1MWp 并网太阳能光伏发电示范工程是一个适合我国及安阳实际情况的发电工程，具有良好的环境和社会效益，同时在经济上也是可行的。（责编：王碧辉）换算成太阳能发电的常用单位则为1283.72kWh/m2。按标准辐射（AM1.5 ，1 000W/m2）换算，相当于全年标准日照时间为1283.72 小时，平均每日标准日照3.52小时。计算可得，安阳并网发电示范项目全年发电量在1283.721005600/1000=129.09万千瓦时电，具体发电量视当年实际太阳辐射量而定。使用矿物能源如石油、煤炭等发电，除了直接经济成本高外，还会产生二氧化硫、氮氧化物等有害气体及二氧化碳等温室气体，造成空气污染、酸雨灾害和温室效应。对有害气体和发电废料的处理需要投入大量资金。此外，相应引起的农牧业和人民身体健康方面的损害，需要政府和社会为其提供大量的人力、物力和资金。按目前安阳居民用电每千瓦时 0.56元计算，每年可节省电费 72.2 万元。按该!上接63 页结合控制器原理图，下面着重论述风机转速控制技术：风力发电机发出的交流电经三相整流桥后变为直流电，与 MOS 开关控制管和大功率电阻相连，主控电路通过风机电压检测电路来检测风机整流后的电压。当风机电压达到设定值时，主控电路发出PWM 信号，控制 MOS 管的通断，从而实现控制大功率电阻接入风机电路的时间。大功率电阻本身具有卸荷的功能，可以使风力发电机多余的电量转化为热能消耗掉，当风机电路接入大功率电阻时，风机转速会明显下降，转速下降输出功率就会降低，对应的电压和电流也会减小。通过不断捕捉风机电压参数，经主控电路收集分析，产生随风机转速变化所对应的 PWM 信态，从而使风机转速维持在一个相对稳定的范围之内，其功率、电压、电流也会相对稳定。整个系统的充电控制和安全性能程序流程图见图 3。该转速控制技术主要应用在小型风机转速过快的情况，在风力小、风机转速慢时不对其进行控制。因为风机转速慢时，风机本身不会有运行危险，整