新疆10MW并网光伏发电项系统设计概要.docx

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新疆10MW并网光伏发电项系统设计概要

二0一一年九月

技术方案（3

1、项目概况（3

2、地理位置及气候特点（3

3、设计依据及说明（5

4、系统设计（6

4.1发电侧光伏阵列设计（6

4.2并网侧并网设计（12

4.3系统连接示意图（13

4.4直流汇流接线及主要设备电气设计（16

5、系统集成产品、部件及性能参数（18

5.1防雷汇流箱JNHL-16（18

5.2直流配电柜JNZP-8（10（19

5.3交流配电柜（20

5.4高压汇流保护柜及高压并网柜（20

5.5升压变压器（20

6、系统光伏阵列安装方式及直流传输损耗的确定（20

6.1光伏阵列安装倾角（20

6.2系统效率确定（23

6.3电站年发电量与减排效益（24

7、系统计量及监控系统设计（25

7.1发电计量仪表配置及仪表类型示意图（25

7.2系统数据采集及监控（26

8、系统防雷接地设计（29

9、项目工程设计（29

9.1项目光伏组件布局设计（29

9.2光伏组件安装设计（32

9.3光伏设备布局（36

9.4光伏电站并网接入设计分析（37

光伏电站配置与预算（42

1、项目配置（42

2、项目投资预算（43

安装调试方案（48

1、工程概况（48

1.1项目工程概况（48

1.2项目安装效果图（49

2、开工前准备工作（50

2.1提交施工组织设计（50

2.2提交临时占用场地、仓储、用水用电、运输条件等资料（50

2.3提交健康、安全和环境管理计划（50

2.4施工现场准备（50

3、项目管理（51

3.1项目管理方式（51

3.2项目管理机构（52

4、项目进度标志性控制点一览表（54

售后服务体系与维保方案（55

1、质量保证（55

2、用户培训（55

技术方案

1、项目概况

本项目为浙江舒奇蒙能源科技股份有限公司投资兴建的阿克苏舒奇蒙10.06MWp并网光伏电站项目。

本项目所安装的光伏组件由两部分构成:

其一,安装22752块265Wp单晶硅光伏组件,对应装机容量应为6029.28kWp;

其二,安装14144块285Wp多晶硅光伏组件,对应装机容量为4031.04kWp,故总装机容量为10060.32kWp（10.06032MWp。

2、地理位置及气候特点

项目建设地点位于新疆阿克苏市,其经度为80.3度,纬度为41.2度,地处中纬度地带,位于位于新疆维吾尔自治区天山南麓,塔里木盆地北缘。

阿克苏地区属暖温带大陆性气候,气候干燥,降雨量少,日照长,年日照时数为3029小时左右,太阳总幅射量为5340-6220兆焦/平方米,是全国太阳幅射量较多的地区之一,年平均气温在9.9-11.5C,年降水量42.4-94.4毫米,具有冬季干冷和夏季干热的气候特点。

依据RETScreenInternational分析软件,可得光伏计算数据如下:

可得年均水平面日辐照量为4.45kWh/m2/d高于全国平均4kWh/m2/d水平。

3、设计依据及说明

本项目为光伏并网电站,因此,设计主要依据阿克苏舒奇蒙公司规划区位图、阿克苏地区气候特点与光伏发电、并网技术、电力系统保护、监控与自动化技术的国标、行业及地方标准,参照执行如下标准:

4、系统设计

本项目为并网光伏电站项目。

阿克苏舒奇蒙10060.32kWp系统原理示意图如下图所示:

光伏电站系统原理图

4.1发电侧光伏阵列设计

综合考虑光伏系统装机容量及最佳发电效率,阿克苏舒奇蒙10060.32kWp项目选择20台500kW无隔离变并网逆变器,分别对应10个1MW光伏阵列。

结合以上逆变器选型,可以得到两类光伏组件数量如下:

光伏组件串联数量的设计:

逆变器在并网发电时,光伏阵列必须实现最大功率点跟踪控制,以便光伏阵列在任何当前日照下不断获得最大功率输出。

因此除接至同一台逆变器的光伏组件的规格类型、串联数量及安装角度应保持一致外,还需考虑光伏组件的最佳工作电压（Vmp和开路电压（Voc的温度系数,串联后的光伏阵列的Vmp应在逆变器MPPT范围内,Voc应低于逆变器输入电压的最大值。

首先,要了解太阳电池结温和日照强度对太阳电池输出特性的影响,如下图所示:

从上图可知,温度上升将使太阳能电池开路电压Voc下降,短路电流Isc则轻微增大,总体效果会造成太阳能电池的输出功率下降。

日照强度在极大的程度上影响太阳电池的输出电流,导致太阳能电池输出功率的变化。

因此光伏组件串组数与逆变器参数和光伏组件参数有关,本设计逆变器选择阳光SG500KTL逆变器,光伏组件选择舒奇蒙单晶硅和多晶硅光伏组件,其参数分别如下所示:

单晶硅SE265M-33/D光伏组件参数:

多晶硅SE285P-24/Fc光伏组件参数:

SG500KTL并网逆变器参数:

单晶硅光伏组件串联数计算

对于单晶硅光伏电池,工作电压（Vmp的温度系数约为-0.0045/℃,折合70℃时的系数为0.8,开路电压（Voc的温度系数约为-0.0034/℃,折合-10℃时的系数为1.12。

依据串联数最小值n1=V1/Vmp=450/50.2=9

串联数最大值n2=V2/Voc=820/60.6=13

所以本方案选择12块串联,12×50.2=602.4Vdc处于逆变器450~820VdcMPPT工作范围内。

根据12串为一光伏阵列（阵列原理图如下图所示,单晶硅光伏系统由12串158并为一方阵,共12个光伏方阵构成。

多晶硅光伏组件串联数计算

对于多晶硅光伏电池,工作电压（Vmp的温度系数约为-0.0045/℃,折合70℃时的系数为0.8,开路电压（Voc的温度系数约为-0.0034/℃,折合-10℃时的系数为1.12。

依据串联数最小值n1=V1/Vmp=450/35.8=13

串联数最大值n2=V2/Voc=820/44.6=18

所以本方案选择17块串联,17×35.8=608.6Vdc处于逆变器450~820VdcMPPT工作范围内。

根据17串为一光伏阵列（阵列原理图如下图所示,可确定多晶硅由17串104并为一光伏方阵,共8个方阵构成。

光伏阵列汇流设计

为了减少直流侧电缆的接线数量,提高系统的发电效率,该并网光伏发电系统需要配置光伏阵列汇流装置,该装置就是将一定数量的电池串列汇流成1路直流输出。

本项目根据光伏系统的特点,设计了具有16路光伏阵列汇流的汇流箱,该汇流箱的每路电池串列输入回路配置了耐压为1000V的高压熔丝和光伏专用防雷器,并可实现直流输出手动分断功能。

单晶硅组件每个方阵配汇流箱10个,10个汇流箱输出至一个总的直流汇流柜,由此连至逆变器SG500KTL。

共计汇流箱120个。

多晶硅组件每个方阵陪汇流箱7个,七个汇流箱输出至一个总的直流汇流柜,由此连至逆变器SG500KTL。

共计汇流箱56个。

总计需要16路汇流箱176个。

4.2并网侧并网设计

本项目,考虑到直流传输损耗及光伏电站建造成本,采用“就地升压、高压汇流”设计原则,在电厂的北面设置电站厂房,安放交、直流配电设备、逆变器及升压变压器等设备,通过高压侧汇流升压至110kV,然后接入110kV电网系统。

说明:

舒奇蒙专用110kV变电站

光伏电站设备房

4.3系统连接示意图

本项目,整个系统共10060.32kWp,共20个光伏方阵,1~12号方阵设有12串光伏组件构成的阵列158并。

13~20号方阵设有17串光伏阵列104并,系统共20台SG500KTL逆变器、JN01#~JN176#共176台防雷汇流箱、01#~20#共20台直流配电柜、01#~20#共20台270V交流配电柜、01#~10#10台10kV交流开关柜和一台交流汇流柜、一套10kV至110kV的升压设备。

系统连接示意图如下:

10MW光伏电站主系统接线示意图

10MW光伏电站系统110kV电网接入示意图

4.4直流汇流接线及主要设备电气设计

太阳能板接线图

单晶硅组件JN01防雷汇流箱接线示意图

多晶硅组件JN121防雷汇流箱接线示意图

本项目均使用16路防雷汇流箱,其光伏组件分成单晶硅和多晶硅两类,单晶硅接线原则为每12块光伏组件串联后成为一个阵列,每16个阵列接入一台防雷汇

流箱,多晶硅接线原则为每17块光伏组件串联后成为一个阵列,每16个阵列接入一台防雷汇流箱,上图分别为为JN01号（单晶硅JN121号（多晶硅防雷汇流箱对应的光伏组件接线原理图。

防雷汇流箱电气原理图

电池串列1（+

电池串列2（+

电池串列3（+

电池串列6（+

电池串列5（+

电池串列4（+

电池串列10（+

电池串列11（+

电池串列12（+

电池串列9（+

电池串列8（+

电池串列7（+

电池串列7（-

电池串列8（-

电池串列9（-

电池串列12（-

电池串列11（-

电池串列10（-

电池串列4（-

电池串列5（-

电池串列6（+

电池串列3（-

电池串列2（-

电池串列1（-

电池串列13（+

电池串列16（+

电池串列15（+

电池串列14（+

电池串列14（-

电池串列15（-

电池串列16（-

电池串列13（-

DC30V

RS485接电

源通

讯箱

接另1个

汇流箱

防雷汇流箱可以直接安装在光伏支架上,同时可接入16路太阳能板串列,每路最大工作电流达10A;接入最大光伏串列的工作电压可达900Vdc;熔断器的耐压值不小于1000Vdc;每路光伏串列具有二极管防反保护功能;配有光伏专用防雷器。

直流配电柜电气原理图

本项目,选用500kW规格的直流配电柜,支持8~10路输入,一路输出,其电气原理图如下:

每台直流配电柜均配置直流断路器及防反、防雷保护。

H1+

汇流箱1

断路器

H1-

H2+

H2-

汇流箱2

二极管

H3+

H3-

汇流箱3

H4+

H4-

汇流箱4

H5+

H5-

汇流箱5

H6+

H6-

汇流箱6

H7+

H7-

汇流箱7

H8+

H8-

汇流箱8

5、系统集成产品、部件及性能参数

本项目主要设备包括太阳能电池组件、防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜、变压器、高压汇流保护柜、高压并网柜等。

前面已介绍了光伏组件和逆变器的主要参数,系统集成项目所需主要设备及其性能参数如下:

5.1防雷汇流箱JNHL-16

✧户外壁挂式安装,防水、防锈、防晒,满足室外安装使用要求;

✧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;

地-上地桥-安宁庄-小营西站-小营-清河-清河南镇-花虎沟-双泉堡-北沙滩-南沙滩-苇子坑-祁家豁子-马甸-北郊市场-德外关厢-安德路-德胜门-六铺炕-安定门-雍和宫-东直门外-春秀路-幸福三村-亮马桥南-小亮马桥东站-安家楼-窑口-十里居-酒仙桥商场-酒仙桥-将台路-陈各庄-王爷坟-大山子-彩虹桥-望京花园-草场地-南皋信用社-黑桥-张万坟-野马度假村-长店-金港汽车公园-蟹岛度假村-前苇沟信用社-东苇路北口-交通局教导队-前苇沟（苇沟6:

30、10:

00、14:

00、18:

30、20:

30,小营8:

30、12:

00、13:

30、16:

00、17:

40、20:

30发车

910路来广营-刘各庄-白家坟-奶子房-李县坟-黄港乡-炼油厂-沙子营-奶牛场-养殖公司-泗上-古城西-古城

911路小营西站-安宁庄-上地桥-上地五街-软件园东站-软件广场-东北旺北站-唐家岭-唐家岭北站-航天城南站-航天城-辛店-永丰科技园-六里屯北口-永丰屯-永丰屯西站-屯佃村-三星庄-北分厂-高里掌-西小营-稻香湖-前沙涧-后沙涧-沙阳路口-西贯市-白虎涧-阳坊-阳坊北站

912路安定门-地坛-安贞桥-安慧北里-炎黄艺术馆-慧忠北里-北苑北站-大羊坊-立水桥-东小口-天通苑-太平庄-东三旗-平西府-平坊-东沙各庄-马坊-经贸干院-邮电干院-大柳树-小汤山镇政府-小汤山医院-小汤山-大汤山-阿苏卫-航空博物馆-百善-东沙屯-东沙屯西站-大洼村-张各庄-景文屯村-水泥管厂-东关-公交培训中心-九龙游乐园

912路区间车安定门-地坛-蒋宅口-安贞桥-五路居-小关-安慧北里-炎黄艺术馆-大屯-慧忠北里-辛店-北苑-北苑北站-大羊坊-大羊坊东站-北苑家园

912路区间车安定门-地坛-安贞桥-安慧北里-炎黄艺术馆-慧忠北里-北苑北站-大羊坊-立水桥-东小口-天通苑-太平庄-东三旗-平西府-平坊-东沙各庄-马坊-经贸干院-邮电干院-大柳树-小汤山镇政府-龙脉温泉

914路德胜门-北郊市场-北沙滩-清河-西三旗-朱辛庄-沙河-沙河西站-老牛湾-皂甲屯-东小营-后章村-东贯市-西贯市-白虎涧路口-阳坊-坦克博物馆-葛村-南口农场-南口-南口北站

915路东直门-左家庄-三元桥-丽都饭店-大山子-草场地-北皋-农场-孙河-北甸-马连店道口-加油站-花梨坎-喇苏营-铁匠营-火神营-枯柳树环岛-枯柳树-南法信-梅沟营-顺义二中-西门-胜利小区-区医院-儿童乐园-五里仓-顺义汽车站

915支1路东直门-左家庄-大山子-草场地-农场-孙河-北甸-马连店-喇苏营-铁匠营-万科南站-后沙峪-峪祥小区-万科北站-双榆小区-玉马教练场-枯柳树-南法信-梅沟营-五里仓-顺义长途站-东大桥环岛-二警校-怡生园-榆林

✧主要技术参数

5.2直流配电柜JNZP-8（10

本项目使用的直流防雷配电柜支持8路~10路每路630Vdc、150A输入,1路输出。

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,浪涌保护器选用菲尼克斯品牌。

直流配电柜主要性能特点如下:

✧每1台500kW逆变器匹配1台直流配电柜;

✧每台直流配电柜可提供多路直流输入接口,分别于光伏阵列汇流箱连接;

✧每路直流输入回路配有防反二极管;

✧每路直流输入回路配有直流断路器,额定直流电压1000Vdc;

✧直流输出回路配置光伏专用防雷器,选用菲尼克斯品牌;

✧直流输出侧配置电压显示仪表;

✧柜体尺寸（W*D*H:

600*800*2180mm;

✧接线方式:

下进下出。

5.3交流配电柜

本项目交流配电柜按照500kW容量进行设计,支持一路500kW输入,设置交流接触器及过压保护单元,汇流后单路输出。

5.4高压汇流保护柜及高压并网柜

本项目中光伏发电系统以110kV电压等级接入电网,作为并网前的保护装置,高压汇流保护柜设置了真空断路器以应对过压及过流保护。

高压并网柜设置真空断路器、多功能电度计量表及隔离开关。

5.5升压变压器

本工程选用节能型干式变压器,根据逆变器输出电压其变比为:

270V/10kV,分裂式副边双绕组,容量选用1000kVA。

6、系统光伏阵列安装方式及直流传输损耗的确定

为了确定系统光伏阵列的最佳安装倾角以取得最大发电量及资源利用率,作如下分析:

6.1光伏阵列安装倾角

依据RETScreenInternational分析软件,可得光伏计算数据显示的结果,对于某一倾角固定安装的光伏阵列,所接受的太阳能辐射能与倾角有关,通过软件计算可简便地得到光伏阵列最佳倾角为41度。

对于本项目,太阳能辐射数据与倾角41°,在朝向正南安装时全年接受到的

太阳能辐射量最大,比水平面数值高20.37%,年发电总量为3391.5兆瓦时,比其他角度发电量全高,故确定光伏阵列的安装倾角41°其计算截面如下:

倾角为20°

倾角为30°

倾角为35°

倾角为41°

倾角为45°

最佳倾角的确定

6.2系统效率确定

整个系统由太阳能光伏组件、逆变器等组成,整个系统的效率和光伏组件的转换效率、逆变器效率、直流传输损耗及交流传输损耗有关,系统效率计算入下:

系统效率=逆变器效率×﹝1-（直流线损+交流线损﹞×其他效率

（其他效率中包含空气质量、灰尘对太阳能电池组件转换效率的影响

本项目系统效率估算为77.15%

6.3电站年发电量与减排效益

依据阿克苏地区水平面辐照为4.45度/m2/d,41度倾斜面上太阳年辐射6.35度//m2/d。

单晶硅阵列面积38489.55平方米,组件转换效率15.7%:

年发电量约为:

6.35度/m2/d*38489.55m2*15.7%*365d*7

7.15%=10805003.44度

多晶硅阵列面积27443.61平方米,组件转换效率14.7%:

年发电量约为:

6.35度/m2/d*27443.61m2*14.7%*365d*7

7.15%=7213750.11度

年发电量约为:

18016753.55度电即1801.675万度电。

按照目前326克标煤/度电计算,年节煤量为:

326克标煤/度*18016753.55度=5874.11（吨标煤

年减排CO2为:

18016753.55度*0.785千克/度=14143.15（吨

7、系统计量及监控系统设计

7.1发电计量仪表配置及仪表类型示意图

系统中所有计量表均具备RS485接口的多功能电子计量表,考虑使用斯菲尔品牌。

为了对系统发电信息的全面掌控,系统发电计量分为低压侧和高压侧计量,低压侧计量表安装在交流汇流柜至升压变压器之间,用于测量交流汇流后的输出电能信息。

高压侧计量表安装在高压开关柜内,用于测量系统升压后的输出电能信息。

所有测量数据经RS485口发送到系统GPRS模块,后由GPRS模块无线传输到计算机监控终端工控机,系统在项目地点室内配置一台54寸液晶显示器用于实时显示系统状态信息。

另外,为了满足远程监控的要求,由系统GPRS模块将系统运行等信息发送至电力监控室。

其中GPRS模块介绍如下:

7.2系统数据采集及监控

系统数据采集及监控包括一套完整的数据采集和监控设备及措施,首先,系统配置一台NR-01型环境监测仪,用于采集环境温度、风向等速、环境湿度、太阳

能辐射瞬时值及日累计值等数据。

另外每台逆变器配置一套检测装置,用于采集光伏阵列的电压、电流、温度、逆变器输出电压电流及功率、系统日发电量、系统累计发电量等。

所有这些数据均通过系统GPRS模块无线发送到系统监控终端,系统监控终端采用监控装置包括监控主机、监控软件和显示设备。

本系统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,可以实时获取所有并网逆变器的运行参数和工作数据,并对外提供以太网远程通讯接口。

工控机的性能特点如下:

✧嵌入式低功耗PentiumM处理器

✧CRT/LVDS接口

✧以太网接口

✧RS232/485接口

✧USB2.0

✧512M内存

✧80G硬盘

✧工控机和光伏并网逆变器之间的通讯采用RS485总线通讯方式。

并网系统的网络版监控软件（SPS-PVNET功能如下:

✧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;

✧可查看每台逆变器的运行参数,主要包括（但不限于:

a.直流电压

b.直流电流

c.交流电压

d.交流电流

e.逆变器机内温度

f.时钟

g.频率

h.当前发电功率

i.日发电量

j.累计发电量

k.累计CO2减排量

l.每天发电功率曲线图

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.逆变器孤岛

j.DSP故障

k.通讯失败

监控软件具有集成环境监测功能,主要包括日照强度、风速、风向和环境

温度。

可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据,包括实时存储环境数据、故障

数据等参数。

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。

可提供中文和英文两种语言版本。

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。

显示单元可采用大液晶电视,具有非常好的展示效果.

本系统在电气室配置一台54寸液晶显示器用于实时显示系统状态信息。

8、系统防雷接地设计

由于本项目为地面电站,光伏组件与支架系统全部做接地系统,建筑物按照建筑规范设置防雷带,屋内设备依据电力设备接地要求设置接地,所有接地构成统一接地网。

9、项目工程设计

9.1项目光伏组件布局设计

光伏电站以地块西北角为出发点,将110kV用户变设于顶点X=424783.7722、Y=4547250.0773的三角区,既便于连入区域变也符合光伏电站从直流向交流变换及电网接入的流向,至于北侧最大优越性是规避了对光伏阵列的遮蔽影响,有利于光伏发电安全与提高输出

效率。

单晶硅区安装265Wp单晶硅

光伏组件22752块,共计1896个阵列,

12个方阵,总容量6029.28kWp。

多晶硅区安装

285Wp光伏组件14144块,共计832个阵列8个方阵,总容量4031.04kWp。

两区合计为:

10060.32kWp。

9.2光伏组件安装设计

本项目技术方案设计按12串单晶硅和17串多晶硅串光伏阵列为模块设计光伏支架安装组件,光伏支架底部基座焊接到地面基础上固定。

做法见下图:

单晶硅阵列安装

单晶硅每2阵列组成一个构架

单晶硅构架支柱安装位置示意图

单晶硅光伏支架结构和安装示意图

单晶硅组件光伏阵列间距确定:

光伏电站场区设计的原则是:

尽量减少占地面积,提高土地利用率和光伏阵列之间不得相互遮挡。

一年中冬至日太阳高度角最低,在设计中按照冬至日上午9:

00至下午16:

30不遮挡为计算设计依据。

τθ=北京时+E-4（120-Lloch（1

根据公式（1计算得下午16:

29时刻的真太阳时为下午3:

00,可计算出时角ω=3×15°=45°

计算冬至日下午3点（真太阳时的太阳高度角h

sinh=sinφsinδ+cosφcosδcosω（2

根据公式（2计算得到冬至日下午16:

29的太阳高度角h=18.3°

计算冬至日下午16:

29时刻的太阳方位角γ

sinγ=cosδsinω/cosh（3

根据公式（3计算得到工程建设场址冬至日下午16:

29时刻太阳方位角

γ=40.6°

光伏阵列垂直净高度为2.1m,经计算,为了保证冬至日下午16:

30之前光伏阵列不遮挡,则光伏阵列之间的间距D为:

D=2.1m/tan18.3°×cosγ=3.95m

取整,即光伏阵列间距D设计为4m。

在光伏阵列间距设计中,保证在场址冬至日下午16:

30之前不发生遮挡,则光伏阵列一年之中太阳能辐射较佳利用范围

内就不会发生阴影遮挡。

因为冬至日是一年中太阳高度角