综合能源社会化投资合作项目光伏系统设计

系统对分布式电源的要求电能质量本项目光伏发电系统引起的各项电能质量指标应符合GB/T14549、GB/T12325、GB/T12326、GB/T15543等相关标准的规定。项目投产后应进行电能质量监测、如电能质量不满足国家标准需由业主采取相关治理措施。设备要求项目所采用的逆变器应通过国家认证机构的检测或认证，具备：交流过压、欠压保护，超频、欠频保护，高温保护、防孤岛保护、交流及直流的过流保护、直流过压保护等保护要求，且具备检同期功能。分布式电源本体应具备故障和异常工作状态报警和保护的功能。本项目所采用的并网变压器应能同时满足升压运行和降压运行两种工况下的运行要求。防雷接地（1）雷击保护光伏组件利用组件边框作为防直击雷的接闪器，组件之间采用4m㎡专用接地软线进行等电位连接，末端与接地扁钢进行连接；方阵金属结构件、基础整体连通，利用镀锌扁钢与建筑原有避雷带可靠连接导通。项目地土壤腐蚀性为普通级，接地电阻要求按照《光伏发电站设计规范》GB50797-2012中的规定进行设计，其接地电阻应不大于4Ω。所有室内外配电装置的金属外壳均与接地装置可靠焊接连通。接地装置寿命按30年计算。接地装置符合《高压输变电设备的绝缘配合》GB311.1-1997和《电气装置安装工程施工及验收规范》中的规定。（2）接地光伏发电系统的接地与所依托的建筑原有接地系统共用，接地扁钢与光伏组件的支架焊接成网与屋顶防雷接地系统可靠连接，光伏发电系统并网电气设备的接地装置与室外接地装置可靠连接。为保证人身安全，所有电气设备外壳均与接地装置可靠连接。（3）绝缘配合根据GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》，对于110kV及以下设备，主要考虑以雷电冲击作用电压为基础来确定主要设备的绝缘水平，即雷电冲击耐受电压和短时工频耐受电压。根据避雷器的保护水平，经济合理的确定主要设备的绝缘水平。（4）过电压保护该电站对直击雷的防护设计考虑为：逆变器配有专用防雷模块，汇流装置采用交直流防雷配电柜，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。同时，考虑采取以下防止反击措施：（1）装设集中接地装置加强散流。（2）设备的接地点尽量远离接地引下线的接地点，接地引下线尽量远离电气设备。本项目采用综合接地系统，强弱电设备工作接地、保护接地及防雷接地共用接地装置，接地电阻小于1Ω。光伏电站所有光伏组件边框之间采用4m㎡黄绿线进行连接。每组光伏组阵至少有2点与就近组件钢支架可靠连接；逆变器外壳用16m㎡黄绿线引至支架可靠连接，利用支架与主接地网相连；全场主接地网应连成一体，沿建筑物四周的接地网应与室内接地干线相连，连接点应不少于两处。所有电气设备不带电外壳均应可靠接地，所有进出户内的铠装电缆外皮均应接地。接地网采用-40×4或-25×4热镀锌扁钢。接地网与厂房钢结构/建筑避雷带进行可靠连接，满足小于4Ω的接地电阻阻值要求。如利用建筑原接地网可满足接地电阻规范要求，可不增加人工接地装置；如不满足要求，需增设人工接地装置。设备外壳保护接地利用箱站箱体，设备基础槽钢与金属箱体做良好的电气连接。设备工作接地由室外主接地网直接引入。电缆敷设（1）电缆敷设及构筑物屋顶光伏系统交直流电缆及通信电缆采用桥架方式敷设，建筑物屋顶引下电缆考虑沿建筑侧墙桥架敷设，地面电缆采用直埋或排管方式敷设，过路和进出建筑物可利用学校内现有电缆通道敷设。（2）电缆选型根据《电力工程电缆设计标准》(GB50217－2018)对电缆选型的要求，本项目对光伏发电站内电缆均采用C类阻燃电缆，对特别重要的回路，如消防系统、站用直流系统、事故照明系统采用耐火电缆。对1kV及以下动力、控制电缆采用交联聚乙烯绝缘电缆；光伏组件侧直流电缆选用光伏专用电缆。计算机网络电缆采用网络六类线。（3）电缆防火措施本项目电缆防火主要采用以下措施：采用阻燃电缆；在隔墙两侧的电缆表层涂防火涂料；采用架空桥架敷设方式时，当电缆通过高温、易燃场所时采用带盖板的耐火槽盒；对所有电缆孔洞均采用堵料及耐火材料进行严密封。电缆敷设及防火：光伏学校电缆敷设采用桥架加直埋相结合的敷设方式。建构筑物中电缆引至电气盘柜、控制屏的开孔部位，电缆穿墙、楼板的孔洞，均应设防火封堵。电缆沟道分支处、进配电室、控制室入口均应设置防火封堵。电气系统二次设计原则严格遵循国家、部门及当地现行的有关规程规范设计的原则：安全可靠、环保节约、技术先进、标准统一；提高效率、合理造价；努力做到可靠性、统一性、通用性、经济性和先进性的协调统一。a）可靠性：确保光伏电站二次系统的安全可靠，确保工程投运后电网的安全稳定运行，安全可靠是二次设计的基本要求和首要条件。b）统一性：适当兼顾各地区的运行习惯和二次设备厂的技术特点，规范光伏电站二次系统的配置原则、技术要求、组屏方式等；统一二次设备屏柜的尺寸、结构、名称、标识和颜色。c）通用性：设计时考虑设备及其备品备件，在一定范围和一定时期内通用互换使用；不同厂的同类产品，应考虑通用互换使用。d）经济性：按照全寿命费用综合考虑，在保证高可靠性的前提下，进行技术经济综合分析，优先采用性能价格比高的技术和设备。e）先进性：提高原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新能力，坚持技术进步、推广应用新技术，设计和设备要能代表国内外先进水平或发展趋势。工程规模本光伏电站位于校区内，根据屋顶可利用面积估算，全校可利用面积的装机容量约为7.68MWp，具体以电力批复为准。安装约11907块单晶硅光伏组件，150kW、110kW、100kW、50kW、40kW、30kW逆变器约70台，项目由并网点接入校区0.4kV低压系统。光伏发电监控系统（1）无线云监控：本项目采用400V电压并网，每台逆变器配备一个GPRS/4G模块，GPRS/4G模块内置有SIM卡。业主可通过手机端APP或者PC端应用程序进行查看。（2）计算机监控：本项目设置1套计算机监控系统，负责光伏电站的电力信息监控、故障报警等功能。配置集控通讯设备1套，统一将数据通过公共网络传输至综能公司智慧运维平台。计算机监控系统采用开放式、分层全分布网络结构，分别设置场站层设备和现地层控制设备，场站层设备与现地层控制设备之间采用星型以太网连接。计算机监控系统设备配置包括硬件配置和软件配置。1）场站层控制设备配置：主机兼操作员站、通讯管理机等。2）网络设备配置：站控层网络交换机、光/电转换器，接口设备（如光纤接线盒）和网络连接线、电缆、光缆及网络安全设备等。3）现地层控制设备配置：逆变器、数据采集器、光纤交换机等。计算机监控系统功能包括：数据采集和处理、数据库的建立与维护、控制与调节、防误闭锁、报警处理、事件顺序记录及事故追忆、画面生成及显示、在线计算及制表、远动功能、时钟同步、人—机联系、系统自诊断与自恢复、与其它系统接口、运行管理等。4）监控对象包括：光伏发电区包括光伏阵列、逆变器等。5）光伏发电区的监控配置如下：光伏发电系统中光伏组件不单独设监控装置，而是通过组串逆变器对光伏组件串的实时数据进行测量和采集。并网逆变器设有现地监控装置，对监控信号进行分析处理、故障诊断和报警并及时发现设备自身存在的问题。学校配置数据采集装置对组串逆变器的实时数据进行采集，将采集到的数据和处理结果通过光纤上传至站控层，由光伏电站运行人员进行集中远方监视和控制。6）光伏发电系统的监控功能如下：a.逆变器的监控功能逆变器LCD上显示运行、故障类型、实时功率、电能累加等参数。电站运行人员可以操作键盘对逆变器进行监视和控制。逆变器的保护和监测装置由厂家进行配置，如：低电压穿越、防孤岛保护、温升保护、过负荷保护、电网故障保护和传感器故障信号等。保护装置动作后跳逆变器出口断路器，并发出信号。可查看各台逆变器的运行参数，主要包括：直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器机内温度、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、日发电量、累计发电量、累计CO2减排量、每天发电功率曲线图。可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少应包括以下内容：电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、直流电压过低、逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路、散热器过热、逆变器孤岛、DSP故障、通讯失败。b.并网箱监视功能可监视低压并网柜三相电流、三相电压、有功/无功功率、功率因数、发电量；低压并网断路器等电气设备的运行状态信号。系统继电保护及安全自动装置根据GB50062-2008《电力装置的继电保护和自动化装置设计规范》以及GB14258-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》的要求，本电站保护配置如下：（1）400V线路保护本方案并网点的断路器应具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、欠压脱扣功能，线路发生短路故障时，线路保护能快速动作，瞬时跳开断路器，满足全线故障时快速可靠切除故障的要求。断路器还应具备反映故障及运行状态辅助接点。400V母线保护400V母线不设置母线保护装置。防孤岛检测及安全自动装置400V电压等级无需配置防孤岛检测及安全自动装置，本项目选用逆变器具备防孤岛能力。逆变器具备快速监测孤岛能力且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力。当光伏并网线路发生故障时，相应线路保护装置应能够正确动作。同时光伏侧逆变器保护动作，切除光伏发电系统。（4）光伏发电设备并网点不设置同期装置，同期功能由逆变器实现；逆变器保护应具备：交流过压、欠压保护，超频、欠频保护、高温保护、防孤岛保护、交流及直流的过流保护、直流过压保护等保护要求，应具有失压跳闸、检有压合闸功能；具备一定的过电流能力，在120%倍额定电流以下，应连续可靠工作时间应不小于1min。分布式光伏发电逆变器必须具备快速检测孤岛且检测到孤岛后立即断开与电网连接的能力。系统调度自动化（1）调度关系本项目光伏电站的电量信息上传至房山区营销部门用电信息采集系统。（2）运动信息配置原则本方案只需上传电流、电压和发电量信息，并送至主管机构。不设置独立的远动系统。（3）电能计量现状计量点为高供高计，本期10kV原计量点应更换为双向电能表，计量表精度不小于0.5S级，由供电局提供，以满足本期工程要求。本项目需在0.4kV并网点装设双向电能量计量表，用于光伏设备发电量计量，计量表精度不小于1.0级，计量点CT精度为0.5S级(CT要求专用线圈)。电力公司仅为本项目免费提供电能量计量表。本项目应采用静止式多功能电能表，10kV电能表应具备双向有功和四象限无功计量功能、事件记录功能，应具备电流、电压、电量等信息采集和三相电流不平衡监测功能，配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信的功能。本期项目根据厂区配电室分布，共设置约25个并网点，需新增25套GPRS电量采集终端设备，将电量传送至房山区营销部门用电信息采集系统。6.5.5.4电能质量监测根据国家电网公司文件《光伏电站接入电网技术规定》(Q/GDW617-2011)要求，光伏发电所向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量，在谐波、电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度等方面应满足国家相关标准的要求。根据分布式电源接入系统典型设计方案，本项目为0.4kV接入，计量电度表具备电能质量在线监测功能，可监测三相不平衡电流。通信系统本方案暂只需要上传发电量信息，信息传输通过无线方式。并网柜处配置1套无线信息采集终端装置。无线接入时，应满足安全防护的要求(具体以接入系统批复为准)。视频监控部分为便于光伏电站运行管理，保证安全运行，配置1套视频安防监视系统。本项目安装于学校内部，光伏电站在各屋顶安装球形摄像头，利用摄像头对屋面的电站进行监控。摄像头需采用具有夜视功能的彩色高清定焦或变焦摄像头，各摄像头的视频信号传送至视频服务器，经处理、分配至主控室内的工作站上。图像监控具有系统结构模块化、系统功能全面、图像采集、视频侦测、远程布防、网络控制、硬盘录像、多画面实时显示、电子地图、图像打印、远程传送、可扩展性、组网灵活、自诊断、系统管理、具备多种接口等功能。主要监控对象有：建筑物屋顶光伏组件区域，配置室外高清球机50台（位于屋顶）。环境检测系统太阳能辐射、环境温度、风速等环境数据是决定太阳能发电的重要指标，也是进行光伏发电技术研究的基础数据。本项目在建筑物顶端安装一套太阳能发电环境监测系统，主要监测的参数有：风速、风向、环境温度、总辐照度、直接辐照度、散射辐照度、总辐射、直接辐射和散射辐射等。整套监测系统由以下部分组成：太阳能辐射仪表（总辐射表、直接辐射表和散射辐射表）、风速风向传感器、温度传感器、记录仪、上位管理机软件等。光伏土建设计设计依据规范与标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012《混凝土结构设计标准》GB/T50010-2015（2024年版）《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011《钢结构设计标准》GB50017-2017《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2012《建筑抗震设计标准》GB/T50011-2010(2024年版)《构筑物抗震设计规范》GB50191-2012《电力设施抗震设计规范》GB50260-2013《建筑设计防火规范》GB50016-2014(2018版)《光伏发电工程可行性研究报告编制规程》NB/T32043-2018《太阳能发电站支架基础技术规范》GB51101-2016《太阳能光伏系统支架通用技术要求》JG/T490-2016《光伏发电站设计规范》GB50797-2012(2014年版)《光伏支架结构设计规程》NB/T10115-2018以上规范与标准如有最新版，均以最新版为准。 结构主要设计参数（1）结构设计参数结构设计工作年限：光伏支架为25年，基础为50年；场地地震影响参数：地震基本烈度8度，加速度0.2g，设计地震分组第二组；场地类别：Ⅱ类；50年一遇基本风压：0.45kN/m2；50年一遇基本雪压：0.40kN/m2；25年一遇风压：0.38kN/m2；25年一遇雪压：0.33kN/m2。地面粗糙度类别：B类；结构安全等级：三级；结构重要性系数：0.9；光伏电站的光伏支架结构抗震设防类别为丁类。（2）材料参数：混凝土基础：C30（与主体结构楼板标号相同）。钢材：采用Q355B和Q235B，焊条采用E50型和E43型。钢筋：HPB300、HRB400普通热轧钢筋。螺栓：普通A、B级螺栓，5.6级；高强8.8级。压块采用铝合金材质，压块固定连接螺栓采用不锈钢材质。（3）设计控制参数：受弯构件挠度容许值受弯构件挠度容许值主梁L/250次梁无边框光伏组件L/250其他L/200受压和受拉构件长细比限值构件类别容许长细比受压构件主要承重构件180其他构件、支撑等220受拉构件主要构件350柱间支撑300其他支撑400支架设计（1）混凝土屋顶光伏区域本项目组件尺寸为：2382mm×1134mm×30mm，重量按33.5kg考虑，主要布置区域为办公楼、宿舍楼等构筑物屋顶。组串布置形式按横向2×n光伏阵列，采用15°倾角。光伏组件固定支架采用横向檩条，纵向支架布置方案。支架由立柱、斜梁及斜撑（或拉梁）组成。在支架的斜梁上，按照光伏组件的安装宽度布置檩条，檩条用于连接光伏组件，承受光伏组件的重量。混凝土屋面光伏支架剖面图混凝土屋面光伏子系统平面布置图光伏支架采用混凝土基础，与主体结构屋面板共构，基础由主体结构预留，支架基础间距取轴网间距或1/2轴网间距，使基础尽可能位于结构梁上方，依靠主体结构结构梁、板抵抗风对支架形成的上拔力等各种外力荷载效应，从而达到抗倾覆，抗滑移，抗拔的作用，混凝土基础尺寸400x400x500mm。混凝土屋面支架基础防水措施：支架基础四边设置60x60mm挑口，屋面防水卷材包封到基础四周。（2）钢结构屋面支架：本项目安装光伏电站所涉及建筑，屋顶彩钢瓦根据业主所提供建筑图、结构图纸，屋面采用压型金属板咬口锁边连接方式；屋面彩钢瓦瓦形为直立锁边，直立锁边专用夹具连接对结构变形有较强的适应能力，施工安装速度快、便捷；锁边专用夹具不破坏原彩钢瓦防水体系，所以本项目拟采用直立锁边专用夹具连接。将专用夹具固定在钢结构屋面上，夹具采用螺栓连接导轨，将组件通过压块固定在导轨上。光伏电站在安装在彩钢瓦屋面时，彩钢瓦屋面需安装检修通道，检修通道采用40x40x30mm的玻璃钢格栅板，走道板荷载不小于2kN/m2，长度按需设置。将专用夹具固定在钢结构屋面上，夹具采用螺栓连接导轨，将玻璃钢格栅板通过成品固定卡件固定在导轨上。图5-3钢结构屋面支架剖面图钢结构屋面导轨平面图（3）支架安装要求：采用上压块方式固定组件，压块具备一定的强度，连接螺栓要求为不锈钢材质，同时可利用光伏组件边框自带的4个螺栓孔连以螺栓，从而增加组件连接的稳固性；组件夹具所用的螺栓也均为不锈钢螺栓。四个压块安装面的平面度要求±2mm/1000mm或±0.2mm/80mm。（4）支架设计荷载组合：根据《光伏支架结构设计规程》NB/T10115-2018，在抗震设防地区，支架应进行抗震验算。由于电池组件自重很小，支架设计时风荷载起控制作用，也应考虑无地震作用效应组合。荷载组合考虑下列组合（取其最不利值）：1）自重荷载+地震荷载+风荷载；2）自重荷载+风荷载+雪荷载。重力荷载的分项系数取1.3，水平地震作用分项系数取1.4，风荷载、雪荷载的分项系数取1.5；风荷载、雪荷载的组合值系数，风荷载为主导可变荷载时，风荷载组合值系数可取1.0，雪荷载组合值系数可取0.7；雪荷载为主导可变荷载时，雪荷载组合值系数可取1.0，风荷载组合值系数可取0.6。对于混凝土屋面结构，光伏荷载通过混凝土基础传递到屋面结构，根据光伏板平面定位将支架基础支座反力提供主体结构设计院，主体结构设计院设计时考虑光伏支架基础传来的荷载；对于钢结构屋面，光伏新增均布荷载可按0.15kN/m2考虑。（5）支架防腐设计：支架设计和抗腐蚀年限≥25年，支架采用热浸锌防腐，平均镀锌层厚度不小于85um，且满足《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》GB/T13912-2020相关要求。彩钢瓦屋面铝合金导轨支架采用阳极氧化的表面防腐处理措施，阳极氧化膜的最小厚度为20μm；压块采用铝合金6005-T5材质类型，表面防腐处理同铝合金导轨，固定压块螺栓采用不锈钢类型，其它支架连接螺栓采用镀锌防腐。镀锌层破坏部分，需立即采用喷锌处理，喷锌层厚度不小于150μm。环境效益光伏发电系统20年年均发电量为856.346万kW·h，如以火电为替代电源，按火电每度电耗标准煤320g/kW·h计算，则每年可节约标准煤约2740.3吨；按全国每吨煤产生2.62吨二氧化碳计算，则可减少CO2排放约7179.6吨；按每吨煤产生8.5kg二氧化硫计算，则可减少SO2排放约23.3吨；按每吨煤产生7.4kg氮氧化合物计算，则可减少NOx排放约20.3吨。此外，还可减少大量的灰渣及烟尘排放，并减少相应的废水排放，节能减排效益显著。光伏系统主要设备材料表光伏系统主要工程量清单1设备名称单位总计备注1.1电气部分并网柜面27并网点关口点计量表块27局供、以接入批复为准无线电能量远传终端块27局供、以接入批复为准10kV关口点计量表块8局供、以接入批复为准1.2光伏区光伏组件645Wp，双玻N型块11907N型双面拟选用晶科，晶澳，天合光能等品牌逆变器30kW台6IP66，户外安装，配备无线通信棒及RS485串口逆变器40kW台13逆变器50kW台4逆变器100kW台20逆变器110kW台18逆变器150kW台9MC4固定线卡项1MC4端子套1780每套2只光伏专用电缆H1Z2Z2-K-1x6m㎡米23500实际长度以现场测量为准pvc∅25电线管，组件之间组串保护管米600实际长度以现场测量为准热镀锌带盖板桥架200×100×1.2镀锌厚度不小于65um(水平)米4000实际长度以现场测量为准灭火器磷酸铵盐干粉灭火器（充装规格4Kg，MF/ABC