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5兆瓦大型并网光伏电站技术方案
二0—0年
一、项目概况1
二、方案设计1
2.1方案总体思路1
2.1.1设计依据1
2.1.2设计说明2
2.1.3设计原则2
2.1.4进度安排3
2.2fl体方案3
2.2.1系统构成3
2.2.2太阳电池阵列设计4
2.2.3智能汇流箱设计7
2.2.4直流配电柜设计8
2.2.5光伏并网逆变器8
2.2.6配电保护装置10
2.2.7升压变压器11
2.2.8发电计鼠系统配置方案11
2.2.9环境监测装置17
三、初步工程及计18
3.1土建设计18
3.2电站防雷和接地设计19
3.3电网接入系统和输变电19
四、年发电彊计算22
4.1光伏发电系统效率22
4.2衰减率预测22
4.3发电量估算22
五、环境影响评价23
六、投资经济概算23
1.项目概况
本项日拟建设5兆瓦人型并网光伏电站。
出J：
项H经济性及技术町靠性方面的考虑，釆用固定式人阳能电池方阵（方阵倾角45。
），暂不考虑采用跟踪系统。
5MWp）t伏电站共安装21744块230Wp太阳能电池组件（形成由18块串联，1208列支路并联的阵列），120台智能汇流箱,20台直流配电柜,20台250kW并网逆变器，5台交流配电柜,5台S9-1250/35变压器和1套综合监控系统。
项目建设匸期1年，25年内该系统年平均上网电量约为60432力kWh,每年减排温宅气体CO?
约5795.43吨。
光伏阵列分别接入120台智能汇流箱，每6台智能汇流箱经1台直流配电柜与1台250kW的逆变器连接，5MWp电站共计20台250kW的逆变器，经逆变器转换后的400\•交流，经站内集电线路，每4台逆变器与1台S9-125035变斥器连接升斥至35kV,经35kV输电线路接到汇流升压站的35kV低压侧。
电站周边役川墙，站内建轻钢结构配电室。
电站内不设独立的避宙针，但在A阳能电池板金属固定架上设置简易避雷针作为保护。
防止人阳电池板方阵设备遭苴接雷击。
太阳电池方阵通过电缆接入防雷汇流箱，汇流箱内含有防雷保护装置，经过防雷装置可仃效地避免雷击导致设备的损坏。
按《电力设备接地设计规程》，阳绕建筑物敷设闭介回路的接地装豐。
电站内接地电阻小J'4欧，不满足耍求时添加降阻剂。
光伏系统直流侧的正负电源均悬空，不接地。
人阳电池方阵支架和机箱外壳接地，与主接地网通过钢绞线可靠连接。
二、方案设计
2.1方案总体思路
2.1.1设计依据
❖《中华人民共和国可再生能源法》
❖IEC62093《光伏系统屮的系统平衡部件■设计鉴定》
❖IEC60904-1《光伏器件第一部分:
光伏电流-电压特性的测彊》
•:
・IEC60904-2《光伏器件第二部分:
标准太阳电池的耍求》
❖DB37/T729-2007《光伏电站技术条件》
❖SJ/T11127-1997《光伏（PV）发电系统过电保护一导则》
❖CECS84-96《太阳光伏电源系统安装匸程设计规范》
❖CECS85-96《太阳光伏电源系统安装丁•程施「•及验收技术规范》
❖GB2297-89《太阳光伏能源系统术语》
•:
・GB4064-1984《电气设备安全设计导则》
❖GB3859.2-1993《半导体逆变器应用导则》
❖
GB/T14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》
2.1.2设计说明
本项U拟建设5MWp并网光伏电站，系统没仃储能装置，太阳电池将口光转换成辽流电，通过逆变器变换成400V交流电，通过升斥变床器与35kV高斥输电线路相连，再通过输电线路将电力输送到变电站。
冇阳光时，光伏系统将所发出的电馈入35kV线路，没仃阳光时不发电。
为电网发生故障或变电站由检修临时停电时，光伏电站也会口动停机不发电:
当电网恢复后，光伏电站会检测到电网的恢复，而口动恢复并网发电。
建设内容如卜•:
❖5NBVp光伏电站和高压输电网并网的总体设计
❖人型光伏电站与高压电网并网接入系统和保护装宣开发
・：
・单台功率为250kW的三相光伏并网逆变器的引进、消化吸收
❖研究采用多机并联方式实现人型光伏并网逆变系统的控制调度策略
•:
・硏究多台逆变器同时并网的互相影响及对抗饭略
❖人型光伏电站运彳j•参数监测及远程数据传输和远程控制技术
❖开发功能完备的人熨光伏电站中心监控软件
❖5NHVp人型并网光伏电站的施丁建设和运行
❖人型并网光伏电站技术、经济、环境评价
2.1.3设计原则
5MWp人型并网光伏电站，推荐采用分块发电、集屮并网方案。
由阳能电池组件和并网逆变器都是模块化的设备，可以象搭积木一样一块块搭起来，也特别适合J：
分期实施。
5MWp光伏电站可以分为5个lMWp的子系统，而lMWp的子系统也必须由更小的子系统组合而成。
按照5个lMWp的光伏并网发电单尤进行设计，并IL每个lMWp发电单尤采用4台250kW并网逆变器的方案。
毎个光伏并网发电单尤的电池组件采用串并联的方式组成多个人阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入肖•流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4kV/35kV变压配电装置。
设计的基本原则:
lMWp太阳电池组件f系统对以分为4个250kWp方阵，分别与一台250kW逆变器相连，4台逆变器的输出并联接入升压变压器的初级：
每个lMWp光伏子系统配备一台1250kAA的升压变压器，5MWp光伏电站共需耍5台升压变压器。
5台升压变压器的次级（高压侧）并联与35kV高压电网相连。
图2.1.1lMWp并网光伏电站框图
这样设计有如下好处:
❖多个250kW并网光伏分系统各•白独工（至少5个lMWp的子系统），便实现梯级控制，以提高系统的运行效率。
❖由J•是多个分系统，系统冗余度高，不至「•由J•某台逆变器发生故障而造成整个电站的瘫痪；局部故障检修时不影响人部分系统的运行。
❖冇利「工程分步实施；
❖便J：
进行各种不同尤器件设备、不同技术设计的技术经济性能评估，如国产设备和进I」设备;晶体硅、非晶硅及其他组件,以及不同安装方式（固定式、单轴跟踪及全跟踪）等。
2.1.4进度安排
5兆瓦人型并网光伏电站的建设周期不超过一年。
2.2具体方案
2.2.1系统构成
光伏并网发电系统由A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、电力变斥器和系统的通讯监控装置组成。
5MWp人熨并网光伏发电站主耍组成如F：
•:
・5MWp晶体硅人阳能电池组件及其支架——处议采用230Wp晶体硅组件：
❖方阵防'占接线箱——设计采用带组串监控的智能汇流箱（室外方阵场）：
❖直流防雷配电柜一将若I啣能"［流箱汇流输入逆变器：
•:
・光伏并网逆变器一设计采用带工频隔离变压器的250kW光伏并网逆变器；
•:
・35kY开关柜（交流配电和升压变压器）——设计采川1250k\A/35kV升爪变爪器;
❖系统的通讯监控装置——设计采用光伏电站综合监控系统。
表2.1.15MWp人型并网光伏电站主耍配置表
序号
项H名称
规格型号
数最
1
总装机容嵬
5MWp
25年年均发电鼠60432力kWh
2
太阳电池组件
多晶230Wp
21744块
3
太阳电池组件支架
镀锌角钢
1238吨
4
方阵防雷接线箱
喷塑密封
120台
5
貢流配电柜
250kW
20台
6
光伏并网逆变器
250kW
20台
7
交流配电柜
1NIW
5台
8
升压变压器
1250k\A
5台
9
电流互感器
300/5
5套
10
断路器
5套
11
隔离开关
5套
12
计鼠装置
5台
13
防雷及接地装宣
20套
14
控制检测传输系统
1套
2.2.2太阳电池阵列设计
1、太阳电池组件选型
11前使用较多的两种A阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。
1＞单晶硅人阳能电池
H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，还没冇实现人规模的应用。
2＞多晶硅人阳能电池
多晶硅人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A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，因此得到人最发展。
本方案设计采用230Wp多晶硅人阳电池组件，见图221。
图2.2.1人阳电池组件
1组件设计特点
❖使用殍命长：
抗老化E\A胶膜（乙烯-醋峨乙烯共聚物），高通光率低铁A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，三路二极符连接盒，抗风、防雷、防水和防腐：
•:
・裔品质保证：
光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善，产品IS09001认证:
•:
・转换效率高：
品体硅太阳电池组件，单体光电转换效率>15%；
•:
・边框坚固：
阳极化优质铝介金密封边框。
2组件电性能参数
农2.2.1230Wp太阳电池组件技术参数
型号
电性能参数
组件外形
CLS-23OP
\oc（n
Isc
（A）
Vmco
Im
（A）
Pm（W）
电池片规格（mm）
规格（mm）
重量（kg）
工作温度CC）
37.38
831
29.28
7.86
230
156x156
1650x992x50
21.5
・40〜+85
注：
标准测试条件（STC）卜一AM1.5、1000W/m2的辐照度、25°C的电池温度。
l>Isc是短路电流：
即将太阳能电池置「标准光源的照射卜，在输出端短路时，流过人阳能电池两端的电流。
测吊短路电流的方法，是用内阻小J'lQ的电流衷接在人阳能电池的两端。
2>Ini是峰值电流。
3>M）c是开路电压，即将太阳能电池置r100MW/cm2的光源照射下,在两端开路时,人阳能电池的输出电压什i。
可用高内阻的II流毫伏il•测战电池的开路电压。
4>Vm是峰值电压。
5>Pm是蜂值功率，太阳能电池的丁作电压和电流是随负栽电阴而变化的，将不同阴值所对应的工作电压和电流ffi做成曲线就得到人阳能电池的伏安特性曲线。
如!
ft选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最人，即可获得瑕人输山功率，用符号Pm衣示。
此时的匚作电压和I：
作电流称为最佳匸作电压和最佳匸作电流,分别用符号Vm和Iin表示,即
Pm=ImxVm。
太阳能电池板的匚作电压和\6c均为输出电Voc指太阳能电池板无负我状态卜的输出电压，丁作电压指人阳能电池板连接负我后的最低输出电压，丁作电流指太阳能电池板输出的额定电流。
人阳能电池板的一个啦耍性能指标是峰值功率Wp,即最人输出功率，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。
3I・v曲线图
如图2.2.4I-V曲线图所爪。
VoltdgcM
PowereWil心
图2.2.2I-V曲线图
4如何保证组件高效和长寿命
保证组件高效和长寿命，主耍取决「•以卜四点：
高转换效率、高质斎的电池片：
高质吊的原材料,例如：
高的交联度的EXA、高粘结强度的封装剂（中性硅酮树脂胶）、高透光车离强度的钢化玻璃等；合理的封装1「艺；员匸严谨的匸作作风。
由ra阳电池属r高科技产品，生产过程中一些细节问题，一些不起眼问题如w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航的人敌，所以除了制定介理的制作工艺外，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，均为水平而上的太阳能辐射灵，盂耍换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
対r某一倾角固泄安装的光伏阵列，所接受的a阳辐射能与倾角幻关，絞简便的辐射磺计算经验公式为：
RP=SX[sin（a+p）/sina]+D
式屮：
Rp—倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射S
S——水平面上人阳肖接辐射最
D——散射辐射磺
a——屮午时分的A阳高度角
P—光伏阵列倾角
根据当地气彖局提供的太阳能辎射数据，按上述公式可以计算出不同倾斜而的太阳辐射晟，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駅最人。
考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率，但需耍维护，而FI会增加故障率，因此本项口设计采用固定的光伏方阵。
3、太阳电池组件串并联方案
250kW光伏并网逆变器的直流「•作电丿E范閘为：
400Vdc〜880Vdc。
太阳电池组件出联的组件数灵Ns=880/37.38v24（块），这里考虑温度变化系数，取太阳电池组件18块串联，单列串联功率P=18x230Wp=4140Wp：
单台250kW光伏并网逆变器需耍配置人阳电池组件并联的数吊Np=250000-4140^60或61列。
若Np取60列，则实际功率为248.400kWp,这样lMWp光伏阵列申元设计为240列支路并联，共计4320块太阳电池组件,实际功率达到993.600kWp。
：
若Np取61列,则实际功率为252-540kWp,这样lMWp光伏阵列单元设计为244列支路并联，共计4392块太阳电池组件，实际功率达到1010.160kWpo
为了使整个电站实际功率达到5MWp,设计釆用3组993.600kWp+2组1010.160kWp的组合方式，即该光伏电站总共需要230Wp的晶体硅太阳电池组件21744块，18块串联,1208列支路并联的阵列，实际功率达到5.00112MWPo2.2.3智能汇流箱设计
智能汇流箱是光伏发电系统中的暇要组成部分，比主耍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。
方案设计中采用北京能高门动化技术仃限公司口主JF发的汇流箱NG-SHO1-Z100o
NG-SHO1-Z100汇流箱的主要技术指标:
•:
・10路直流输入，1路输出：
•:
・最人输入电压：
1000\】
•:
・最人输入电流（毎个支路）：
10A：
❖每个支路均设置二极管防反保护功能；
•:
・最人输出电流：
125A：
•:
*外形尺寸：
600x300x450mill（长x宽x高）；
❖配备光伏专用再斥防宙器，正负极都人备防雷功能：
•:
・防护等级IP65。
根据实际情况，5兆瓦人型并网光伏电站配置成3组993.600kWp和2组1010.160kWp
的A阳电池阵列，总共‘石耍20台250kW的并网逆变器，其屮每台逆变器石配置6台智能汇流箱，5MWp光伏电站共需汇流箱120台。
熔断器二极管
耐压>lkV汇流扌I
太阳电池串列K太阳电池串列2+
a
I
I
I
人闭电血串列10+太阳电池串列1・
太阳电池串列2・
I
I
I
I
太闭电羸串列4
接堆丄
注：
汇流箱输入可接10绍太阳电池串列
图223汇流箱结构
2.2.4直流配电柜设计
每台fl流配电柜按照250kWp的fl流配电单•元进行设计,lMWp光伏并网单元盂要4台口流配电柜。
每个口流配电单元町接入6路光伏方阵防雷汇流箱，5MWp并网光伏电站共需配置20台直流配电柜。
每台苴流配电柜分别接入1台250kW逆变器，如卜图所示：
图2.2.4直流配电柜
2.2.5光伏并网逆变器
本方案役计采用北京能高广1动化技术仃限公司门主开发的Sun\ert250光伏并网变流器.
每台逆变器的额泄功率为250kW,均含有隔离并网变斥器，实现电气隔离。
逆变器的核心控制采用基J'SXTWM的无冲击同步并网技术,保证系统输出与电网同频、同相和同幅值。
图2.2.5250kW光伏并网变流器（Sun\ert250）
①性能特点
•人功率IGBT模块并联技术，过我能力强
•功率组件模块化设计，便组装调试及维护
•DSP全数字化欠杲控制，性能优异
•先进的最人功率点跟踪技术（MPPT）
•宽电压输入范围,提高发电效益
•高效「•频变压器隔离，安全可靠，提高效率
•全新的密机散热方案，提高散热效率
•完善的故障门检、保护和显示功能，系统的可靠性更高
•标准通讯接II,便「•远程监控
•智能触摸人机界面
•可适应恶劣的电网环境
②技术指标
表2.2.2250kW光伏并网变流器（Sim\ert25O）
直流侧
推荐光伏组件功率
275kWp
最人直流输入电压
880Vdc
MPPT电压范围
450Vdc〜820Vg
最人额定电流
600A
交流侧
额定输出功率
250kW
额定输出电流
380A
并网电压范围
380VAC（」5%~+10%）
并网电压频率
50土05Hz
电流畸变率（THD）
<4%（额定功率）
功率因数
>099（额定功率）
系统
最人效率
97%
工作温度
-25°C~+55°C
冷却方式
强迫风冷
防护等级
IP20
显示/操作
液晶触摸屏
通信接口
以太网
外形尺寸
宽X高X深
2200x2000x850（mm）
重最
2000kg
2.2.6配电保护装置
配电保护装置包括并网解列点、可视断点、保护接触器、三相电度衣或采用智能网络仪表（用于计量太阳能电池组件的发电量）等。
以250kWp单元为例,250kWp太阳电池组件方阵配备一台250kW并网逆变器，逆变器的输出接到汇流总线，通过汇流总线接到35kV/1250k\A升压电力变压器的低压侧。
配电线路如卜图所示。
6
三相电度衣
250KWp太阳电池
25OKW
并网逆变鑑
三fe开
图226单元配电线路图
2.2.7升压变压器
拟选用全密封电力变斥器，该产品为免维护型箱式变斥器，其装配采用防松紧固件，油
箱与箱盖可采用焊接型式连接，变压器油不会吸收空气中的水份，绝缘強度不会降低，因油
箱内氧气无法进入，从而减缓了绝缘材料■的老化，人人提高了产品的使用寿命。
图2.2.735k\，级S9熨双绕组无励磁调压配电变压器
农2.2.335k\-级S9型双绕组无励应调爪配电变压器技术数据
产品型号
额定
容量
（kVA）
电压组合及分接范H；l
联合组标©（kW）
空载
损耗
（kW）
负载
损耗
（kW）
空载
电流
（%）
短路
阻抗
（%）
重彊（kg）
轨距
（MNI）
高压
（kV）
高压分接
范围（％）
低压
（kV）
绝缘
汕'E
总甫
S9-1250/35
1250
3、一3&、
土、
0.4
Yyno
1.76
14
0.8、
6.5
1300
4775
820x900
2.2.8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
光伏发电设备的计杲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，不仅要具仃优趣的测吊技术，还耍仃非常高的抗于扰能力和可靠性。
同时，该衷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、功能和参数町通过光电通讯II用维护软件来修改，通过光电通讯II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228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「•计量三相电网中
有功电能，提供双向计最。
图229三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介监控系统的垄本功能包括:
•光伏并网逆变器运行状态的监视：
•并网光伏发电系统发电帚计最与统计：
•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典有国际先进技术水V的国产化设备。
自动化通讯、数据采集技术，结介了SCADA系统的优点，是一套完整高效的比伏发电监控系统，JI备本地和远程监控功能。
本地监控系统采用安装在变流柜1：
触摸屏，监控范H；l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尤的直流输出电压、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，另外还仃环境温度、光照度等。
远程屮心监控系统采集各本地监控系统的数据，进行数据汇总、査询、统计、报警等功能。
用户在办公家也能实时拿握现场设备运行状态，并能杳询发电杲统计和故障信息。
光伏发电监控系统貝•备开放性和很好的可维护性，用户界面友好，易管理和应用，其数据管理和分析工眞，能满足企业生产管理的盂耍，几备很好的实用性。
<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:
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4-20U1A信号）进入就近变流柜，用模拟鼠采集模块进行数据采集。
采集模块帯RS485接II,采用modbusRTU协议。
汇流箱信号也采用IImodbusRTU协议,就近的诺干个汇流箱可挂在一条485总线卜.，接入对应变流柜。
光伏并网逆变器通过本地触農屏來进行操作和数据监视，同时光伏并网逆变器数据宙触模屏的RJ45端II釆用Modbus/Tcp协议传到远程监控系统。
如图2.2.11,能比较清楚地『解变流桁内数据流.
监控中心将与各设备通讯的数据存入口il的实时数据库，根据通讯速率，动态更新数据。
监控中心的显示界面的动态数据从自己的实时数据库获取。
nmi
图2.2.11光伏并网逆变器数据流示恿图
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川485串II通讯，通过485协议进彳J：
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，用户能弈看设备运行实时数据，也能根据需要，対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，仃直接数据显示、柱状图显示、趋势
曲线显示.动画显示等，以下是用户界面示例:
图2.2.12数据显示示例
本地触屛还町保持部分历史数据在口己的存储器屮，单111储空间仃限，不能保持人吊:
长期历史数据。
以卜是历史报表示例:
NGGD
1尢伏并网变流器监控系统
1
rTTZT—iBI-fTn31
糸统介绍
2009-01-27172643
fc
|7200
]BUX魁压
1000011200
第a电爲
17200
1CfOZI-
'9200
2000-04-27172653
10000
11000
17000
6000
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