光伏离网发电系统技术方案Word文档下载推荐.docx
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（1）太阳能电池组件及其支架；
（2）光伏阵列防雷汇流箱；
（3）直流防雷配电柜；
（4）光伏离网逆变器（带工频隔离变压器）；
（5）10KV升压站；
（6）系统的通讯监控装置；
（7）系统的防雷及接地装置；
（8）土建、配电房等基础设施；
（9）系统的连接电缆及防护材料；
三、相关规范和标准
本并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：
GB/T191包装储运图示标志
GB/T19939-2005光伏系统离网技术要求
GB/T20046-2006光伏（PV）系统电网接口特性（IEC61727:
2004,MOD）
GB/Z19964-2005光伏发电站接入电力系统技术规定
GB/T2423.1-2001电工电子产品基本环境试验规程试验A：
低温试验方法
GB/T2423.2-2001电工电子产品基本环境试验规程试验B：
高温试验方法
GB/T2423.9-2001电工电子产品基本环境试验规程试验Cb：
设备用恒定湿热试验方法
GB4208外壳防护等级（IP代码）（equIEC60529:
1998）
GB3859.2-1993半导体变流器应用导则
GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波
GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度
四、设计过程
4.1并网逆变器
此次光伏并网发电系统设计为1个250KW并网发电单元，每个250KW并网发电单元配置1台型号为SG250K3并网逆变器，整个系统配置1台SG250K3并网逆变器，组成250KWp并网发电系统。
4.1.1性能特点简介SG250K3并网逆变器采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用进口IGBT模块组装，运用三相桥式变换原理，将光伏阵列输出直流电压变换为三相交流电，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压（输出400V，50Hz）后并入电网发电。
为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法。
SG250K3电路拓扑结构图
该并网逆变器的主要性能特点如下：
✧采用32位数字信号处理器作为控制CPU，运用带模糊控制的SPWM调制策略，经过优化的最大功率点跟踪技术可以保证设备的高效输出；
✧自主研发的无差拍电流控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量；
✧采用新型矢量控制技术，可以抑制三相不平衡对系统的影响，并同时提高直流电压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围；
✧采用国际先进的优质的IGBT功率模块，有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率；
✧采用50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和交流电网之间的电气隔离；
✧具有直流输入手动分断开关、交流电网手动分断开关和紧急停机操作按钮，便于维护和操作；
✧具有先进的孤岛效应检测和保护方案，以及完善的监控功能；
✧具有过载、短路、电网过欠压、电网过欠频等保护及告警功能；
✧适应中国电网电压波动较大的特点；
✧友好的LCD人机操作界面，多语种显示菜单，方便用户及时掌握系统的整体信息，包括各项运行数据、历史数据、发电量数据、二氧化碳减排，以及发电功率曲线等信息；
✧可提供RS485或Ethernet（选配）远程通讯接口。
其中RS485遵循Modbus通讯协议；
Ethernet接口支持TCP/IP协议，支持动态（DHCP）或静态获取IP地址；
✧按照IEEE1547、UL1741等国际标准要求进行产品设计。
3.4.2技术参数
型号
SG250K3
隔离方式
工频隔离变压器
最大太阳电池阵列功率
275KWp
最大阵列开路电压
880Vdc
太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围
450Vdc～820Vdc
直流输入路数
8路
最大阵列输入电流
600A
额定交流输出功率
300KW
总电流波形畸变率
<
3%（额定功率）
功率因数
>
0.99（额定功率）
最大效率
97.1%
欧洲效率
96.5%
额定电网电压范围（三相）
310VAC～450VAC
额定电网频率
47～51.5Hz
夜间自耗电
100W
保护功能
极性反接保护、短路保护、过载保护、孤岛效应保护、电网过欠压、电网过欠频保护、过热保护、接地故障保护等
通讯接口
RS485
显示方式
触摸屏
使用环境温度
－25℃～＋55℃
使用环境湿度
0～95%，不结露
冷却方式
风冷
防护等级
IP20（室内）
尺寸（深×
宽×
高）
850×
2400×
2180mm
重量
1700kg
4.3设备图片
五，光伏阵列防雷汇流箱
为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，本系统在室外配置光伏阵列防雷汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上。
光伏阵列防雷汇流箱（型号:
PVS-16）的性能特点如下：
1）户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；
2）可同时接入16路光伏阵列，每路光伏阵列的最大允许电流为10A；
3）光伏阵列的最大开路电压值为DC820V；
4）每路光伏阵列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为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，防雷器采用菲尼克斯品牌；
6）直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用ABB品牌；
整个250KWp并网系统需配置6台PVS-16光伏阵列防雷汇流箱。
4.4直流防雷配电柜
太阳电池阵列通过光伏阵列防雷汇流箱在室外进行汇流后，通过电缆接至配电房的直流防雷配电柜再进行一次总汇流，每个100KW并网单元配置6台光伏阵列防雷汇流箱。
每台直流防雷配电柜按照3个100KW直流配电单元进行设计，每个直流配电单元接入6台光伏阵列防雷汇流箱，汇流后接至SG100K3逆变器。
整个并网系统需配置2台直流防雷配电柜。
直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示：
直流防雷配电柜的每个配电单元都具有可分断的直流断路器、防反二极管和防雷器。
断路器选用ABB品牌，防雷器选用菲尼克斯品牌。
4.5系统接入电网设计
（1）系统概述
本系统采用的SG100K3离网逆变器适合于直接并入三相低压交流电网（AC380V/50Hz），系统配置2台SG100K3离网逆变器的交流输出直接接入变电站的0.4KV开关柜，从而最终实现系统的并网发电功能。
（2）重要单元的选择
①10/0.4KV配电变压器的保护
10/0.4KV配电变压器的保护配置采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既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，能有效保护配电变压器。
系统中采用的负荷开关,通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关。
变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。
这是一种简单、可靠而又经济的配电方式。
✧开合空载变压器的性能好。
本系统中10KV接入配电的负荷为300KW的10/0.4KV配电变压器，其空载电流一般为额定电流的2%左右。
✧有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。
有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。
为了不破坏油箱体，必须在20ms内切除故障。
如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器。
而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。
因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。
✧从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，没有必要在接入柜中采用断路器，这是因为10KV配电网络的首端断路器（即110kV或220kV变电站的10KV馈出线断路器）的保护设置一般为：
速断保护的时间为0s，过流保护的时间为0.5s，零序保护的时间为0.5s。
若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。
✧高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。
高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流（通常为熔断器额定电流的2～3倍）到最大开断容量之间。
限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。
如果采用断路器作保护。
必定使其它电器如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。
在这里，同时需要注意在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。
②高遮断容量后备式限流熔断器的选择
由于光伏并网发电系统的造价昂贵，在发生线路故障时，要求线路切断时间短，以保护设备。
熔断器的特性及使用作为线路保护的优缺点分析。
选用性能优良的熔断器，如美国S＆C公司的熔断器及熔丝，该类产品具有如下特性：
✧具有精确的时间-电流特性（可提供精确的始熔曲线和熔断曲线）；
✧有良好的抗老化能力；
✧达到熔断值时能够快速熔断；
✧要有良好的切断故障电流能力，可有效切断故障电流
根据以上特性，可以把该熔断器作为线路保护，和并网逆变器以及整个光伏并网系统的保护使用，并通过选择合适的熔丝曲线和配合，实现上级熔断器与下级熔断器及熔断器与变电站保护之间的配合。
线路安装熔断器保护后，为了实现熔断器保护与变电站内线路保护之间的配合，必须对站内线路保护的电流定值和时间做出调整，把线路电流速断保护动作时间延时0.1s，过电流时间取0.5s，保护定值做如下调整：
根据线路负荷情况选定熔丝大小，根据熔丝的熔断曲线，选择熔丝在0.5s以内熔断的电流值，作为线路的过电流保护定值，核对该定值能可靠躲过线路最大负荷并在最小运行方式下，线路末端两相短路时有足够的灵敏度（该灵敏系数≥1.5时，过流保护定值即为合格）。
在满足以上条件的前提下适当提高线路过电流保护定值，以保证故障电流达到过电流定值时，熔丝熔断，而断路器不需要跳闸。
根据该熔丝熔断曲线，选择熔丝在0.1s以内熔断的电流值，作为线路的电流速断保护定值，核对该定值在最小运行方式下，10KV母线两相短路时的灵敏度（该灵敏系数≥2时，速断值即为合格）。
在满足以上条件的前提下适当提高线路速断保护定值，以保证故障电流达到速断定值时，熔丝熔断，变电站断路器不跳闸。
对于10KV线路保护，《3-110kV电网继电保护装置运行整定规程》要求：
除极少数有稳定问题的线路外，线路保护动作时间以保护电力设备的安全和满足规程要求的选择性为主要依据，不必要求速动保护快速切除故障。
通过选用性能优良的熔断器，能够大大提高线路在故障时的反应速度，降低事故跳闸率，更好地保护整个光伏并网发电系统。
（3）中压防雷保护单元
该中压防雷保护单元选用复合式过电压保护器，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。
该复合式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。
过电压保护器采用硅橡胶复合外套整体模压一次成形，外形美观，引出线采用硅橡胶高压电缆，除四个线鼻子为裸导体外，其他部分被绝缘体封闭，故用户在安装时，无需考虑它的相间距离和对地距离。
该产品可直接安装在高压开关柜的底盘或互感器室内。
安装时，只需将标有接地符号单元的电缆接地外，其余分别接A、B、C三相即可。
设置自控接入装置对消除谐振过电压也具有一定作用。
当谐振过电压幅值高至危害电气设备时，该防雷模块接入电网，电容器增大主回路电容，有利于破坏谐振条件，电阻阻尼震荡，有利于降低谐振过电压幅值。
所以可以在高次谐波含量较高的电网中工作，适应的电网运行环境更广。
另外，该防雷单元可增设自动控制设备，如放电记录器，清晰掌控工作动作状况。
可以配置自动脱离装置，当设备过压或处于故障时，脱离开电网，确保正常运行。
（4）中压电能计量表
中压电能计量表是真正反应整个光伏并网发电系统发电量的计量装置，其准确度和稳定性十分重要。
采用性能优良的高精度电能计量表至关重要。
为保证发电数据的安全，建议在高压计量回路同时装一块机械式计量表，作为IC式电能表的备用或参考。
该电表不仅要有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
同时，该电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（ZV）、状态信息、警报、参数等。
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，还可以处理报警信号，读取电表数据和参数。
【注】
对于本系统的10KV变电站，应由专业设计人员进行设计。
4.6系统监控装置
采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统多机版监控软件，采用RS485通讯方式，连续每天24小时不间断对所有并网逆变器的运行状态和数据进行监测。
（1）监控主机的照片和系统特点如下：
✧嵌入式低功耗Eden处理器；
✧带LCD/CRTVGA；
✧以太网口；
✧RS232/RS485通讯接口；
✧USB2.0；
✧256M内存（可升级）；
✧40G笔记本硬盘（可升级）；
✧工控机和所有光伏并网逆变器之间的通讯采用RS485总线通讯方式。
（2）光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下：
1实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。
2可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：
A、直流电压
B、直流电流
C、直流功率
D、交流电压
E、交流电流
F、逆变器机内温度
G、时钟
H、频率
J、当前发电功率
K、日发电量
L、累计发电量
M、累计CO2减排量
N、每天发电功率曲线图
3监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：
A、电网电压过高；
B、电网电压过低；
C、电网频率过高；
D、电网频率过低；
E、直流电压过高；
F、逆变器过载；
G、逆变器过热；
H、逆变器短路；
I、散热器过热；
J、逆变器孤岛；
K、DSP故障；
L、通讯失败；
（3）监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、室外和室内环境温度和电池板温度等参量。
（4）监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。
（5）可提供中文和英文两种语言版本。
（6）可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS2000，XP操作系统。
（7）监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。
（8）显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果，下图是本公司的并网逆变器的监控界面：
4.7环境监测仪
本系统配置1套环境监测仪（如下图所示），用来监测现场的环境情况：
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，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。
可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485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。
4.8系统防雷接地装置
为了保证本工程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，系统的防雷接地装置必不可少。
系统的防雷接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：
（1）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，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用10mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。
（2）在配电室附近建一避雷针，高15米，并单独做一地线，方法同上，配电室在地下室不需要避雷针。
（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。
（3）交流侧防雷措施：
每台逆变器的交流输出经0.4KV开关柜接入电网，10KV变电站应配置防雷装置，有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，且所有的机柜要有良好的接地。
【注】:
对于本系统的防雷及接地装置，应由专业设计人员进行设计。
五、系统主要设备配置清单
序号
名称
型号规格
数量
备注
单价（元）
总价（万元）
1
太阳电池组件（及电池支架）
170WP（10V）
2940块
蜀旺科技
2
光伏阵列防雷汇流箱
PVS-16
12台
合肥阳光
3
直流防雷配电柜
2台
4
光伏离网逆变器
SG300K3
5
光伏蓄电池组
Ate2V1000AH
1500个
蜀旺科技有限公司
监控
装置
单机版监控软件
SPS－PVNET
1套
6
工控机
EBOX746-EFL
1台
7
液晶显示器
三星21寸
8
环境监测仪
SSYW-01
（可选项）
9
10KV升压站
10/0.4KV（500KW）
根据实地情况定
10
系统的防雷和接地装置
与建筑一体
/
11
系统连接电缆线及材料
－
12
安装费及其他材料
13
总价
10000000元
六、系统原理框图
七、参考案例
（1）中节能太阳山5MW光伏并网项目
Ø
2009年12月底，光伏电站正式并网运行，采用10台单机500KW大型并网逆变器，通过35KV变压器接入电网。
（2）华能石林1MW光伏并网项目
2009年11月底，光伏电站正式并网运行，采用2台单机500KW大型并网逆变器，通过10KV变压器接入电网。
（3）合肥市可再生能源发电工程技术中心500KW光伏并网电站
2009年2月底，光伏电站正式并网运行，采用单机500KW大型并网逆变器，通过10KV变压器接入电网。
（4）上海临港新城1.2MW光伏并网电站
2008年8月底，光伏电站正式并网运行，目前电站总发电量超过100万千瓦时。
（5）奥运鸟巢105kW光伏并网发电系统
2008年4月，该电站正式并网发电。
（6）甘肃武威1MW光伏并网电站（一期500KW）
2008年9月，国家863计划兆瓦级一期500KW光伏并网电站正式并网发电。
（7）上海太阳能工程中心1MW光伏并网电站
国家863计划兆瓦级BIPV光伏并网项目处于试运行状态，预计2009年9月，该电站正式并网发电。
（8）上海世博园4.5MW光伏并网电站
中国馆主题馆
上海世博园主题馆、中国馆、世博中心、未来探索馆及日本馆的光伏项目处于在建状态，预计2010年1月，各馆的光伏系统会陆续并网发电。
结束
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