家用式太阳能光伏发电项目方案V50.docx
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家用式太阳能光伏发电项目方案V50
家用式太阳能光伏发电项目
技术方案
特变电工沈阳变压器集团有限公司
2013.6
1．项目需求：
我国的太阳能资源比较丰富，但也比较集中，国网提出的一特四大的能源发展战略也要求在发展集中式的大规模光伏电站，同时也要求大力发展分布式发电。
由于在现在的技术条件下太阳能电池板的发电效率还不高，如果要想大规模利用太阳能的话，就必须将太阳能电池板大面积的呈矩形排列在空旷且日照充足的地方，这样要建造太阳能发电站的条件就变得相当苛刻。
相比较而言家庭太阳能发电系统适合作为分布式发电发展。
单个家庭用电负荷一般较小。
只要一个家庭有不大的场地如阳台或屋顶就可以安装太阳能发电系统，而且一个小型的太阳能发电系统发出的电能也足够一个家庭使用并有富余，如果国家法律通过的绿电并网补贴电价政策合适，家用太阳能发电是可以赢利的。
国内配电网的户用容量配置标准如下：
序号
每户面积
容量配置标准
1
小于80m2
4KW
2
80～120m2
6KW
3
120～150m2
8KW
4
大于150m2
按60W/m2计算
同时对一般小区家庭的用电情况数据调查如下：
按照家庭月收入情况（万元）分为A、B、C、D、E类，其中：
ØA类（0.3以下）
ØB类（0.3～0.5）
ØC类（0.5～0.7）
ØD类（0.7～1.0）
ØE类（1.0以上）
重庆市九龙坡区黄桷坪黄桷花园小区居民用电情况调查表
家庭
月用电量
月平均用电（度）
月用电费（元）
家庭主要电器
收入情况
1月
2月
3月
（0.52元/度）
1
251.8
327.4
277.0
285.4
148.4
照明、电视、风扇、电饭锅
A
2
253.7
329.8
279.1
287.5
149.5
照明、电视、风扇、电饭锅
A
3
255.5
332.2
281.1
289.6
150.6
照明、电视、风扇、电饭锅
A
4
257.4
334.6
283.2
291.7
151.7
照明、电视、风扇、电饭锅
B
5
261.3
339.7
287.4
296.1
154.0
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱
B
6
263.2
342.1
289.5
298.2
155.1
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱
B
7
265.0
344.6
291.5
300.4
156.2
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱
B
8
266.9
347.0
293.6
302.5
157.3
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱
B
9
268.8
349.4
295.7
304.6
158.4
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱
C
10
283.6
368.7
312.0
321.5
167.2
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
C
11
285.6
371.3
314.2
323.7
168.3
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
C
12
287.6
373.9
316.3
325.9
169.5
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
C
13
289.5
376.4
318.5
328.2
170.6
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
D
14
291.5
379.0
320.7
330.4
171.8
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
D
15
293.5
381.5
322.8
332.6
173.0
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机
D
16
322.5
419.2
354.7
365.4
190.0
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机、电脑
D
17
324.6
422.0
357.1
367.9
191.3
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机、电脑
E
18
326.8
424.8
359.4
370.3
192.6
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机、电脑
E
19
328.9
427.6
361.8
372.8
193.8
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机、电脑
E
20
329.4
428.2
362.3
373.3
194.1
照明、电视、风扇、电饭锅、空调、冰箱、洗衣机、电脑
E
根据调查数据可以看出，所调查家庭的月平均用电为323.4度,家庭的月平均电费为168.2元。
按照我国现在居民的平均收入水平，可以将调查数据乘以系数0.7从而得出我国家庭的平均用电水平为：
226.4度/月，平均电费为：
117.74元/月。
以沈阳当地气象条件计算，其峰值日照有效时间约为1551h。
沈阳经纬度为（123.38,41.80）考虑到冬季发电量最少时应满足负载需求，拟将安装角度定为45度，全年发电量对比情况如下图：
月平均单日发电量的最小值为1684.42kWh。
系统效率记为0.74，电池充放电效率记为0.8，则月平均单日发电量中可利用电量最小值为1000kWh。
序号
发电
功率W
额定
负载W
峰值
负载W
输出
电压V
输出
电流A
照明
电视
电脑
冰箱
洗衣机
空调
厨房
电器
1
50
50
75
DC12
DC4.1
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
2
50
50
75
AC220
AC0.2
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
3
100
100
150
AC220
AC0.5
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
4
150
150
225
AC220
AC0.7
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
5
200
200
300
AC220
AC0.9
●
▲
▲
▲
▲
▲
▲
6
300
300
450
AC220
AC1.4
●
○
○
▲
▲
▲
▲
7
500
500
750
AC220
AC2.3
●
○
○
▲
▲
▲
▲
8
600
600
800
AC220
AC2.7
●
○
○
○
▲
▲
▲
9
800
800
1200
AC220
AC3.6
●
●
○
○
▲
▲
▲
10
1000
1000
1500
AC220
AC4.5
●
●
●
●
○
▲
▲
11
1500
1500
2250
AC220
AC6.8
●
●
●
●
○
▲
▲
12
2000
2000
3000
AC220
AC9.1
●
●
●
●
○
○
○
13
3000
3000
4500
AC220
AC13.6
●
●
●
●
●
○
○
14
4000
4000
6000
AC220
AC18.2
●
●
●
●
●
●
○
15
5000
5000
7500
AC220
AC22.7
●
●
●
●
●
●
●
16
7500
7500
11250
AC220
AC34.1
●
●
●
●
●
●
●
17
10000
10000
15000
AC220
AC45.5
●
●
●
●
●
●
●
注：
●为可持续使用；○为可交替使用；▲为不可以使用
考虑到沈阳冬季阴雨天周期较长，如过多考虑阴雨天，将大幅增加蓄电池容量和投资，而项目现场的市电接入比较方便，因此阴雨天数按1天计算，以实现实验设备的良好运行及投资额度的良好平衡。
为延长蓄电池寿命，蓄电池放电深度控制为80%，充放电功率记为0.8，则需12V蓄电池130208Ah，建议为132000Ah。
假设提供每天满负荷工作8小时，则系统可负载的功率为125-184kW，需视季节及气象情况而定。
系统建议配置充电桩型号为220V/32A，10台，总功率为70.4kW，其余负载用于喷淋系统，为54.6kW。
移动电源是将柴油发电机组设计在拖挂车上，便于移动和安装，适用于现场附近不易连接农网供电线路的项目。
移动变电站是将小型配电站设计在拖挂车上，方便移动和安装，适用于工期较紧的工程，大大加快施工现场地形复杂情况下配电所的建设周期。
水利工程中常见现场施工用电多采用建设小型配电所并从最近的农网供电点取电，配电方案如下图：
由于水利厅东水西调指挥部新项目使用TBM隧道掘进机功率较大，为了提高长距离隧道的掘进机供电质量，TBM宜采用20kV供电线路。
因此需要供电方案增加10kV升压到20kV的配电方案。
同时工程使用的其他设备和照明还需要400V配电，如搅拌机，空压机，电焊机和输送泵等。
由于现场施工情况复杂，为防止洞内有瓦斯发生爆炸或涌水破坏洞内电源，现场施工供电方案应配置双路电源和备用电源，备用电源是为了防止停电或变压器检修时不影响工程进度，宜采用柴油发电机，油箱备用时间8小时，更长时间则需设置油库。
为了加强工程施工用电可靠性和控制工程进度，现需要对野外工程施工临时用电设计方案进行优化，合理配置部分移动电源和移动电站设备，为水利厅建设工程的质量提供更好的设备保障。
2．工程计算：
新型移动式电源和变电站是为了解决用户在户外工程临时用电方案而专门开发设计的成套设备，能够根据用户的具体需求定制容量以及开关回路。
可以为用户带来的好处有：
1.节省占地面积和土建费用；
2.节省调试时间和安装费用；
3.节省设计时间和费用；
4.产品可以在多个工程上重复使用，节省长期投资费用；
特变电工沈变公司基于成熟的发输变电技术，优化设计后的TMS智能型移动电站产品还具有以下优点：
1.支持远程维护及控制操作；
2.支持智能电站统一数据模型和接口；
根据施工现场附近的农网供电线路情况以及现场的配电站建设情况不同，为保证工程时间进度的加快和可控，同时控制供电设备投资成本，移动式备用电源以及移动式变电站设备配置方案可以设计为两种：
1）常规配电所加移动电源方案：
本方案在施工现场需建设配电所，正常供电时由附近的农网66kV供电线路供电，故障或检修情况下可以用两台柴油发电机组分别向原配电所的10kV和400V重要负荷母线供电，电源切换由切换箱自动完成切换同时支持手动切换；该方案能够共用配电所的配电盘，移动电源配置简单，对于现场已建成变电所的工程需投入的设备成本较低。
需采购的设备有：
●一台10kV容量5000kW移动电源车（不含车头）；
●一台400V容量400kW移动电源车（不含车头）；
2）移动变电站加移动电源方案：
对于某些项目的施工现场地形不适合快速建设配电所的情况下，或是工程较小为了节省固定设备投资，移动式变电站可以快速就位并实现供电，再配以备用电源完全可以保证供电的可靠性。
本方案正常供电时仍由附近的农网66kV供电线路供电，故障或检修情况下可以用两台柴油发电机组分别向移动变电站的10kV和400V重要负荷母线供电；该方案提供的供电设备在项目结束后可以完整的搬移供其他项目使用，一次性投资较高，但长期重复使用情况下综合成本较低。
需采购的设备有：
●一台66kV容量5000kW移动变电站（含车头），4回10kV出线，4回400V出线；
●一台10kV容量5000kW移动电源车（不含车头）；
●一台400V容量400kW移动电源车（不含车头）；
3．方案设计：
家用式太阳能光伏发电系统由太阳能电池板、控制器、蓄电池、逆变器、稳压保护装置和ATS等组成，系统框图如下：
随着技术的发展和成熟，为了更好的为野外工程施工提供快捷可靠的电源，很多兄弟单位的工程已经开始使用移动电源和移动电站相关产品：
考虑到水利厅的工程项目较多，各种施工现场复杂，本次供电设备升级改造建议采用第二种方案。
这样对于已有配电所或是必须建设固定配电所的工程，移动电源还可以使用，对于临时性供电的现场，完全可以发挥第二种方案的优势，一次投资长期使用，而且移动式变电站的技术已经成熟，可以做到远程监测，免维护，设备使用率高。
具体的设备和元件配置如下：
1）5000kW移动电源
由于可以采用柴油发电机组并列组合，5000kW的机组实现可以有不同配置，成本比较如下：
序号
柴油发电机组
配置
数量
单价（万）
价格（万）
1
5000kW，400V
5000kW，400V
1
1045
1045
2
1800kW，400V
3
292
875
3
1000kW，400V
5
149
743
4
5000kW，10kV
5000kW，10kV
1
990
990
5
1800kW，10kV
3
279
838
6
1000kW，10kV
5
160
798
为了便于现场接入10kV母线，推荐方案五，“3台1800kW机组并列，出口电压10kV”。
为了便于运输，采用拖车设计，按照机组尺寸定制拖车。
2）400kW移动电源
400kW的机组成本比较如下：
序号
柴油发电机组
配置
数量
单价（万）
价格（万）
1
400kW，400V
400kW，400V
1
42
42
2
400kW，10kV
400kW，10kV
1
46
46
推荐方案一：
“1台400kW机组，出口电压400V”。
由于400kW容量较小，可以设计成标准集装箱式，通过车载便于运输。
3）5000kW移动式变电站
●1回66kV进线开关；
●1台5000kW容量66kV/10kV变压器；
●1套箱式配电站，4回10kV出线，4回400V出线；
4．设备概算：
根据初步设计，相关设备成套概算如下：
5000kW移动式电源
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
单价（万）
总价（万）
1
柴油发电机组机
TMS-1800H
台
3
279
838
2
控制系统
并机控制器
套
3
7
21
3
高压开关柜
KYN28-12（进线柜）
套
3
8
24
4
高压开关柜
KYN28-12（出线柜）
套
1
8
8
5
直流屏
DC110V
套
1
3
3
6
日用油箱
8小时，3000L
套
3
1
3
7
燃油加热器
16.3kW
套
3
1
3
8
拖车及箱体
高4200mm，载重20T
套
3
20
60
9
辅件
具体见发货清单
套
1
0
0
合计
960
400kW移动式电源
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
单价（万）
总价（万）
1
柴油发电机组
TMS-400G
台
1
42
42
2
低压开关柜
GGD出线柜
套
1
5
5
3
拖车及箱体
载重10T，含箱体
套
1
7
7
4
辅件
具体见发货清单
套
1
0
0
合计
54
5000kW移动式变电站
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
单价（万）
总价（万）
1
高压配电
66kV进线HGIS组合开关，100A
套
1
60
60
2
主变压器
66/10kV，5000kVA
台
1
65
65
3
10kV配电柜
KYN28-12
套
5
8
40
6
降压变
10kV/400V，1000kVA
台
1
13
13
7
400V配电盘
GGD
套
4
6
24
8
保护控制系统
直流，保护控制，消防，计量
套
1
28
28
9
拖车及箱体
就地后有支柱支撑，含车头箱体
套
1
42
42
10
电缆及辅件
中间电缆，导线
套
1
10
10
合计
282
整体方案
序号
设备名称
型号及规格
单位
数量
单价（万）
总价（万）
1
移动电源
5000kW/10kV，不含车头
套
1
960
960
2
移动电源
400kW/400V，不含车头
套
1
54
54
3
移动变电站
5000kW/10kV,400V，含车头
套
1
282
282
4
油罐
20吨
台
1
24
24
5
服务
设计，安装，现场服务
4%
53
合计
1373
本方案的产品设计依据参考并符合行业标准：
●GB2819-95移动电站通用技术条件；
●Q/JB018047-93多机并联自动化柴油发电站技术条件；
●Q/JB018056-98远程监控自动化柴油发电机组技术条件；
1）1800kW机组主要参数
1800kW发电机组主要参数
机组型号
TMS-1800H
主用功率
1636kW
备用功率
1800kW
额定电压
10.5KV
输出电流
123.7A
额定频率
50Hz
启动方式
24V直流电启动
调压方式
AVR
燃油消耗率
≤191g/kw.h（100%负载）
机油消耗率
≤4g/kw.h（100%负载）
机组外形尺寸
6200*2300*2550mm
重量
15000kg
机组结构
机组采用一体式结构，底座选用高强度钢材料制作，冷却风扇及电池充电机全部设有保护罩。
使用环境条件
海拔高度
≤1000m
环境温度
-15℃～40℃
相对湿度
≤90%
生产标准
GB/T2820、GB/T12786-1991
柴油机主要参数
柴油机型号
QSK60-G4（美国康明斯英国生产）
输出功率
1915KW
柴油机转速
1500rpm
柴油机型式
V型16缸、增压水冷
冷却系统
满足环温40℃水箱散热器，皮带驱动冷却风扇
调速系统
电子调速
启动方式
24V直流电启动
过滤系统
干式空滤、燃油过滤、机油过滤、冷却液过滤
缸径及行程
159*190mm
发电机主要参数
发电机型号
EG560-1800（T/105000）（广州英格）
励磁方式
无刷自励
额定电压
10.5KV
额定频率
50HZ
输出电流
123.7A
相数和接线
三相四线，Y-形
绝缘等级
H级
防护等级
IP22
稳态电压调整率
≤+1%
稳态频率调整率
≤+1%
稳态电压波动率
≤+0.5%
稳态频率波动率
≤+0.5%
瞬态电压调整率
-15%～+20%
瞬态频率调整率
-15%～+20%
电压稳定时间
≤5S
频率稳定时间
≤6S
2）400kW机组主要参数
400kW发电机组主要参数
机组型号
TMS-400G
主用功率
400KW
备用功率
450KW
额定电压
400/230V
最大输出电流
721A
额定频率
50Hz
启动方式
24V直流电启动
调压方式
AVR
燃油消耗率
≤195g/kw.h
机油消耗率
≤4g/kw.h（100%负载）
机组外形尺寸
3500*1300*1970mm
重量
3050kg
机组结构
机组采用一体式结构，底座选用高强度钢材料制作，冷却风扇及电池充电机全部设有保护罩。
使用环境条件
海拔高度
≤1000m
环境温度
-15℃～40℃
相对湿度
≤90%
生产标准
GB/T2820、GB/T12786-1991
柴油机主要参数
柴油机型号
KTA19-G3A（重庆康明斯）
输出功率
495KW
柴油机转速
1500rpm
柴油机型式
直列6缸、四冲程、增压水冷
冷却系统
满足环温40℃水箱散热器，皮带驱动冷却风扇
调速系统
电子调速
启动方式
24V直流电启动
过滤系统
干式空滤、燃油过滤、机油过滤、冷却液过滤
缸径及行程
159*159mm
发电机主要参数
发电机型号
HJI-400（上海斯坦福）
励磁方式
无刷自励
额定电压
400/230V
额定频率
50HZ
最大输出电流
721A
相数和接线
三相四线，Y-形
绝缘等级
H级
防护等级
IP22
稳态电压调整率
≤+1%
稳态频率调整率
≤+1%
稳态电压波动率
≤+0.5%
稳态频率波动率
≤+0.5%
瞬态电压调整率
-15%～+20%
瞬态频率调整率
-15%～+20%
电压稳定时间
≤1S
频率稳定时间
≤3S
3）控制系统特性
●主要技术指标
本系统采用准同期并机方式，在并机运行的各发电机组相序相同的情况下，待并发电机组同步并车装置在自动投入工作后自动调整待并机组频率，电压自动跟踪运行机组的输出电压、频率及相位角，待各发电机组的三个备件均相等或在一定下的误差内时，同步并车装置自动发出并车信号，将待并机组并车投网并联运行。
并机误差（并机运行瞬间）
电压：
＜±0.5%
频率：
＜±0.2Hz
相位角：
＜±20度
大于上述指标，同步并车装置自动闭锁。
保证并车的安全性和可靠性。
设有手动准同期并车功能和自动准同期并车功能，实现两台或两台以上发电机组进行同步并列发电，自动并机时间＜60秒。
手动准同期并车设有同步S表、同步指示灯、手动准同期并车保护装置，当并车相位角＞20度时并车系统自动闭锁。
各发电机组能对输出电压及频率自动准确调整。
手动准确调整并锁定。
电压调整范围＞±8%
频率调整范围＞±5%
当系统设定在并机运行方式时，系统可根据负载的轻重自动进行并机运行供电或自动解列退出并机。
负荷小于单机容量的80%，延进自动解列。
负荷大于单机容量的85%，撤出机延时自动启动、并车。
●控制系统
自动并机屏是整个控制系统的核心。
装设控制多台机组自动并机及自动负荷分配的装置多台，自动并机装置集自动并机控制及自动负荷分配于一体，自动并机控制器为全数字式控制器GPC。
全数字式控制器集成度高，集自动调频、调压、自动负荷分配、过流、过欠压、逆功保护等于一身，全数字设定系统参数如机组电压互感器变比、电流互感器变比、额定电压、额定电流、额定功率、额定频率，母排电压互感器变比、母排电压及并机参数，有功及无功分配精度高，有功及无功分配差度不超过±3%。
PLC为可编程控制器，控制机组起动、停机、并机、机组保护等，主要是根据机组工作方式来指
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