208MW太阳能光伏发电站系统工程设计方案.docx
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208MW太阳能光伏发电站系统工程设计方案
2.08MW太阳能光伏发电站
系统工程设计方案
一、综合说明4
1、项目任务和规模4
2、总体方案设计4
3、设计引用标准和规4
4、接入系统设计5
5、土建施工设计5
6、工程消防设计5
7、施工组织设计6
8、工程管理设计6
9、环境保护与水土保持设计6
二、电气系统设计方案7
1、光伏发电系统并网接入概述9
2、光伏组件串联、逆变器、汇流箱、交直流配电柜设计原则10
3、电站交流系统设计16
4、电站保护配置22
5、防雷接地设计26
6、光伏电站电缆29
7、某县项目10KV高压并网接入系统方案图29
8、某县金太阳系统工程监控方案说明31
8.1数据采集、显示及远程监控31
8.2监控容31
8.3系统结构32
8.4软件简介33
三、结构设计方案41
1、固定太阳能电池阵列的最佳倾角的计算41
2、固定式多晶硅方阵场设计41
3、光伏方阵设计42
4、防风沙设计43
4.1建筑防风沙设计43
四、消防44
1、工程概况和消防总体设计44
1.1工程概况44
1.2一般设计原则44
1.3机电消防设计44
1.4消防总体设计45
1.5建筑（构）物火灾危险性分类及耐火等级45
1.6建（构）筑物构件的燃烧性能和耐火极限45
2、安全疏散通道和消防通道45
2.1屋配电装置室安全出口45
2.2建筑构建46
2.3建（构）筑物移动灭火器设置46
五、结论46
一、综合说明
1、项目任务和规模
开发利用太阳能资源，符合能源产业发展方向。
某县具有丰富的太阳能资源，建设光伏发电站可以满足能源需求，促进经济发展，增加财政收入，提高当地人民的生活水平，同时有利于保护自然环境。
本项目装机总容量2.08MWp，光伏组件采用235Wp多晶硅组件，共计采购8880块。
主要由光伏组件方阵、逆变器室、箱式变压器、电缆沟、10kV配电室、集电线路、通路工程、施工辅助工程等组成。
2、总体方案设计
设计只采用一种安装模式：
即固定式安装。
3、设计引用标准和规
SJ-249-1997《光伏（PV）发电系统过电压保护—导则》
GBJ50026-93测试规
GB50057-2000《建筑物防雷设计标准》
GB50217-2007《电力工程电缆设计规》
GB50150-2006电气装置安装工程电气设备交接试验标准
DL/T527-2002静态继电保护装置逆变电源技术条件
GB/T13384-1992机电产品包装通用技术条件
GB/T191-2008包装储运图示标志
GB/T14537-1993量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验
GB16836-1997量度继电器和保护装置安全设计的一般要求
DL/T404-2007《3.6kV～40.5kV交流金属封闭开关设备和控制设备》
DL/T448-2000《电能计量装置技术管理规程》
DL/T478-2001静态继电保护及安全自动装置通用技术条件
GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求
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
DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程
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
GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）（IEC60529:
1998）
GB/T4942.2-1993低压电器外壳防护等级
GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波
GB/T15543-2008电能质量三相电压允许不平衡
GB/T12325-2008电能质量供电电压允许偏差
GB12326-2008电能质量电压波动和闪变
GB/T15945-2008电能质量电力系统频率允许偏差
4、接入系统设计
根据某2.08MW太阳能光伏发电站的地理位置、供电围、电网结构和电网发展规划情况考虑，在光伏发电站建设成10kV配电室一座，2.08MW光伏电站各光伏发电单元汇集到此处。
本期2.08MW光伏发电系统以10kV电压等级接入附近的35kV业主变配电室10kV侧，属于用户侧并网方式。
5、土建施工设计
本工程土建设计主要包括：
光伏组件支架基础、逆变器室、箱式变电站基础、10kV配电室、围栏等。
6、工程消防设计
本工程的电气设备选择防火型，选用无油化设备，耐火电缆，注意电缆设施防火。
设置消防通道，保证建筑物间距满足防火规程要求。
建筑物设置疏散通道，装设事故照明、疏散标志指示灯，按规程设置消防栓、移动灭火器。
建筑装修时选用难燃材料。
在工程施工期间完善消防设施，配专业消防员，每天进行消防检查。
7、施工组织设计
本工程土建设计主要包括：
光伏组件支架基础、逆变器室、箱式变电站基础、10kV配电室、围栏等。
各建筑物耐火等级按照《光伏发电站设计规GB50797-2012》中14.1.1中要求建设。
本光伏电站装机容量2.08MWp，项目位于省某县资裕镇麻地弯宏岩铁矿，距县城较近，交通便利，所有设备和材料均可以从厂家经公路运至本规划场址区，沿途公路路面平坦，路面宽度约6m以上，满足电站设备的运输要求。
场址地势开阔，地形平坦，施工安装便利。
主要建筑材料如水泥、砂石、钢材等可就近采购。
根据本工程的特点，在施工布置中考虑以下原则：
施工总布置遵循因地制宜、方便生产、管理、安全可靠、经济适用的原则。
充分考虑光伏阵列布置的特点，统筹规划，合理布置施工设施与临时设施。
合理布置施工供水与施工供电。
施工期间施工布置必须符合环保要求，尽量避免环境污染。
各组光伏阵列既不能互相影响又不能过于分散，必须严格按设计施工图施工。
8、工程管理设计
本工程按“无人值班”及对光伏电站实施计算机集中监控的原则编制定员。
光伏发电站建成后，运行管理及日常维护等由项目公司统一负责。
对于光伏电站的调度运行，由电网统一调度，按照优化后的调度原则运行和管理。
光伏电站的调度运行应执行电网的统一调度，以满足电网的运行要求。
9、环境保护与水土保持设计
太阳能光伏发电是一种清洁的再生能源。
本工程建设对当地大气环境、声环
境、电磁环境无影响，对生态环境影响很小，对水环境等的影响可通过采取相应
环保措施及环境管理措施予以最大程度的减缓。
因此，从环境保护角度来看，无
制约工程建设的环境问题，工程建设是可行的。
工程在开发、建设、运行的过程中所产生的水土流失，随着水土保持措施的
全面实施将会得到基本控制。
本项目属于清洁能源开发工程，符合国家能源利用
结构调整战略和环境保护要求。
二、电气系统设计方案
某县2.08MWp地面光伏发电项目位于某县宏岩矿业矿区附近，经现场勘察，将在业主加油站北侧地面安装太阳电池组件。
占地面积约为28920m2。
本工程属于用户侧并网方式。
地面光伏电站装机容量为2.0868MWp，距西南方向的35kV业主变配电室约1km。
根据工程建设规模、供电可靠性要求以及其所发电力电量全部供当地宏岩矿业消纳平衡等综合因素分析，考虑10kV电压等级就近接入电力系统。
地面光伏电站以10kV专线接入附近的35kV业主变配电室10kV侧。
注释：
最终接入系统方案以接入系统审查意见为准。
并网光伏发电站的方阵场如图1所示
图1光伏方阵平面布置图
设计原则：
1）在整个方阵场中，方阵子场相对集中布置；
2）布局要考虑尽量减少直流侧路径长度，减少电压降；
3）布局要考虑整体视觉美观，组件间不出现遮挡。
引用标准和规：
GBJ50026-93测试规
GB50150-91电气装置安装工程电气设备交接试验标准
DL/T527-2002静态继电保护装置逆变电源技术条件
GB/T13384-1992机电产品包装通用技术条件
GB/T191-2008包装储运图示标志
GB/T14537-1993量度继电器和保护装置的冲击与碰撞试验
GB16836-1997量度继电器和保护装置安全设计的一般要求
DL/T478-2001静态继电保护及安全自动装置通用技术条件
GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求
GB/T20046-2006光伏（PV）系统电网接口特性（IEC1727:
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
GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）（IEC60529:
1998）
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
GB/T12325-2003电能质量供电电压允许偏差
GB/T15945-1995电能质量电力系统频率允许偏差
GB50059-199235kV-110kV变电所设计规
GB50060-199235kV-110kV高压配电装置设计规
GB311.1-1997高压输变电设备的绝缘配合
GB50062-1992电力装置的继电保护和自动装置设计规
GB50227-1995并联电容器装置设计规
GB50217-1994电力工程电缆设计规
GB50260-1996电力设施抗震设计规
GB50011-2001建筑物抗震设计规
GB50229-1996火电发电厂与变电站所设计防火规
DL5134-2002变电所给水排水设计规程
1、光伏发电系统并网接入概述
本期工程总容量为2.0868MWp，分为两个发电单元，每个发电单元容量为1.0434MWp。
拟采用10kV电压等级接入系统：
每个发电单元，以太阳能电池组件-直流汇流箱-逆变器-隔离变压器（每2台逆变器配置1台隔离变压器）-就地升压预装式箱变构成，发电子系统的就地升压箱变高压侧通过架空线路，接入新建10kV配电室（配电室配置10kV计量柜1台、进线柜1台、进线隔离柜1台）后以1回，接入业主35kV配电室10kV侧1台进线柜。
每个光伏发电单元配置235Wp光伏组件4440块、智能防雷汇流箱16台、直流配电柜4台、250kW逆变器4台、1台隔离变压器和1台1000kVA预装式双绕组分裂升压预装式箱变。
全站共配置235Wp光伏组件8880块，16路智能防雷汇流箱32台，250kW直流配电柜8台，250kW并网逆变器8台，250kVA隔离变压器4台，10kV金属铠装中置式手车柜3台（计量柜1台、进线柜1台、进线隔离柜1台）。
光伏组件采用固定式安装，配置条形基础安装于地面；智能防雷汇流箱安装在组件支架上；新建两座光伏配电室，置直流配电柜、并网逆变器、隔离变压器及通讯柜；升压预装式箱变采用户外布置；新建一座10kV配电室，置计量柜、进线柜、进线隔离柜。
图2光伏发电单元大设计方案图
上图是每个光伏发电单元的设计方案图。
总的光伏发电系统由2个这样系统组成。
16台16路智能汇流箱与4面直流配电柜相连，通过直流配电柜与4台250kW逆变器相连，4台250kW逆变器以2台为一组分别接到1000kVA双分裂升压变压器的两个低压绕组，为防止产生环流影响系统运行的稳定性，在两个可能产生环流的逆变器间串联1台隔离变压器。
最终升压至10kV，完成用户侧并网发电。
Ø光伏系统直流侧设计
太阳电池方阵的直流系统是指太阳电池组件、汇流箱、直流防雷配电箱与变流器输入直流侧所构成的系统。
地面电站池板铺设方式设计，因此采用双排纵向带倾角支架上铺设，光伏组件选用235W版型。
2、光伏组件串联、逆变器、汇流箱、交直流配电柜设计原则
A.太阳电池组件串联形成的组串，其输出端电压的变化围与逆变器的输入电压围相符合。
太阳电池组串的最高输出电压小于逆变器允许的最高输入电压，太阳电池组串的最低输出电压大于逆变器允许的最低输入电压。
B.并联连接的全部太阳电池组串的总功率大于逆变器的额定功率。
C.太阳电池组件串联形成光伏组串后，光伏组串的最高输出电压不超过太阳电池组件自身要求的最高允许系统电压。
根据现场气象水文资料，光伏组件串并联设计按照最低温度-15℃设计，20块池板串联（在-15℃开路电压达到750V），
一般情况下电池组件工作时的电压较低（最大功率点处工作电压29.5V左右），逆变器直流侧开路只会存在于早上逆变器工作前和傍晚逆变器停止工作后，变流器故障或电网断电的情况下。
清晨逆变器工作前和傍晚逆变器停止工作后，太阳辐射值很小，变流器直流侧开路电压小，不会超过变流器最大直流输入值880V；当白天变流器检修或电网断电后逆变器重新投运前，根据气象水文资料，光伏组件串并联设计按照最低温度-15℃设计，20块池板串联组件的串联数在20块时变流器直流侧开路电压750V，此时也达不到变流器上限值。
因此，经上述综合计算分析，本技术报告中确定的组件串联数为20块是可行的。
1）太阳电池组串的并联路数计算
按上述最佳太阳电池组件串联数计算，每一路组件串联的额定功率容量＝235Wp×20=4700Wp。
500kW变流器光伏功率计算，需要并联的路数N＝521.7kW/4.7kW＝111路。
整个电站总共444串并联设计，共需8880块池板。
以500kW光伏阵列设计为例：
20块池板串联，111串池板并联，共需8台16路汇流箱，总功率为521.7kW。
2.08MWp直流发电系统共有8880块电池组件，8台变流器，32个汇流箱及8台直流防雷配电柜。
2）变流器
光伏并网变流器（下称变流器）是光伏发电系统中的核心设备，采用高品质性能良好的成熟产品。
逆变器将光伏方阵产生的直流电（DC）逆变为三相正弦交流电（AC），输出符合电网要求的电能。
逆变器应该满足以下要求：
（1）单台逆变器的额定容量为≥250kW。
（2）并网逆变器的功率因数和电能质量满足中国电网要求，各项性能指标满足国网公司2009年7月下发的《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》要求。
（3）并网逆变器设备应能在本工程海拔高度地区使用，并网逆变器额定功率应满足用于本项目海拔高度的要求，其绝缘等电气性能满足要求。
（4）并网逆变器的安装应简便，无特殊性要求。
（5）并网逆变器应采用太阳电池组件最大功率跟踪技术（MPPT）。
（6）并网逆变器250kW安全运行3年以上经验。
（7）并网逆变器能够自动化运行，运行状态可视化程度高。
显示屏可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据，总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。
（8）并网逆变器具有故障数据自动记录存储功能，存储时间大于10年。
（9）并网逆变器本体具有直流输入和交流输出分断开关，紧急停机操作开关；
（10）并网逆变器具有极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过温保护、交流过流及直流过流保护、直流母线过电压保护、电网断电、电网过欠压、电网过欠频、光伏阵列及并网逆变器本身的接地检测及保护功能等，并相应给出各保护功能动作的条件和工况（即何时保护动作、保护时间、自恢复时间等）。
（11）并网逆变器平均无故障时间不低于10年，使用寿命不低于25年。
（12）并网逆变器整机质保期不低于2年。
（13）并网逆变器控制装置应带RS485或以太网通信接口。
并网逆变器除满足以上要求外，还满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》的技术要求。
以上技术条件均满足。
SunVert250HE电气原理框图如下图所示：
表1.变流器技术参数
逆变器参数
产品型号
SunVert250HE
推荐光伏组件功率（PPV）
275kWp
最大直流输入电压（UDC,MAX）
880V
最大直流输入电流（IDC,MAX）
600A
直流输入路数
8
额定交流功率（PAC,NOM）
250kW
额定交流电流（IAC,NOM）
535A
交流电流畸变率（THD）
<3%
额定交流电压（VAC,NOM）
270V
交流电压围（VAC）
-15%～10%
交流电压频率（fAC）
50Hz±0.5Hz
功率因数
>0.99（额定功率情况下）
最大效率（ηMAX）
98%
加权平均效率（ηWAE）
97.5%
待机状态功耗（PSTA）
<40W
冷却方式
强迫风冷
防护等级
IP20
防雷等级
C级（第Ⅱ级）
接地方式
IT/TT/TN-S/TN-C
外形尺寸（宽/高/深）mm
1400/2000/850
重量
1300kg
工作环境要求
-25℃～50℃，湿度<90%，海拔高度<1500m
其它
7英寸触摸屏，以太网接口直流汇流箱
3）光伏智能防雷汇流箱
在光伏发电系统中，直流系统的设计非常重要，选择合适的汇流箱、优化直流系统设计可提高系统效率。
对大型光伏并网发电站方阵规模大、分布面积广；控制装置及并网变流器数量多；人工巡视检修困难等特点，研发出了集测量、监控、报警、故障定位、汇流功能于一身的智能防雷汇流箱。
使用光伏汇流箱，根据变流器输入的直流电压围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列防雷汇流箱，通过防雷器与断路器后输出，方便了后面变流器的接入。
根据本工程特点，推荐采用国产SCHZ16-A智能型防雷汇流箱。
该汇流箱输入最多为16路，每路输入最大电流为10A，本项目光伏电池组串的最大功率点电流为7.93A。
每个250kWp光伏发电单元需配置4台汇流箱，全站1MWp并网系统需配置16台智能型防雷汇流箱。
SCHZ16-A智能型防雷汇流箱性能特点如下：
✧满足室外安装使用，防护等级达到IP54。
工作环境温度为-25℃至+60℃，相对湿度为15%至95%无凝结，最高工作海拔为2500米
✧最多可接入16路光伏阵列，每路配光伏专用熔断器。
✧安装光伏专用高压直流防雷器，正负极具备防雷能力。
✧采用光伏专用断路器，具有较高耐压等级安全可靠。
✧对输入组件阵列电流、电压进行监控，并具备故障报警功能，监控信息通过电力线载波通信技术（PLC）传输至监控中心，无需敷设通信线缆及保护套管，简单可靠，节约工时。
✧对汇流后的电压实施监控，通过电力线载波通信技术传输至监控中心。
SCHZ16-A智能型防雷汇流箱的电气原理框图如下图所示：
表2.汇流箱技术参数
产品型号
SCHZ16-A智能型防雷汇流箱
最大输入支路数
16路
输入阵列正负线径
2.5mm2
输出阵列正负线径
25mm2
输入支路熔断器部熔丝等级
10A，DC1000V
额定输出电流
125A
设备工作电压围
DC300V~DC1000V
通讯方式
电力线载波通讯（PLC）
防雷器
TH-PV-1000DC/A
机壳防护等级
IP54
电寿命
≮10万次
重量
约为28千克
安装条件
与地面垂直安装
体积（宽×高×深）
650mm×550mm×200mm
4）直流防雷配电柜
电池阵列通过防雷汇流箱在室外进行汇流后，通过直流电缆接至光伏配电室的直流防雷配电柜，再进行一次总汇流。
每个250kWp并网光伏发电单元配置1台直流防雷配电柜，每台直流防雷配电柜接入4台光伏阵列防雷汇流箱，汇流后接至250kW逆变器。
全站1MWp并网光伏发电系统需配置4台直流防雷配电柜。
400V配电柜为站用电系统，配电柜均应为抽屉开关柜。
主要技术参数：
✧额定绝缘电压：
660V
✧额定工作电压：
380V
✧辅助电路的额定工作电压：
~380V或~220V
✧水平母线额定电流：
≥2000A，分支母线额定电流：
≥1000A
✧水平母线短时（1s）耐受电流：
100kA（有效值）
✧水平母线短时峰值耐受电流：
250kA
✧垂直母线短时（3s）耐受电流：
60kA（有效值）
✧垂直母线短时峰值耐受电流：
150kA
✧本次低压柜为PEN接线系统应有PE线和N线，PE线安装在柜的下部。
✧外壳防护等级：
不低于IP40
✧框架的外形尺寸高：
2000mm；宽：
1000mm；深：
800mm。
✧每个抽屉单元的电气元件的额定电流应考虑降容系数，降容系数取0.8。
✧系统接地方式：
380/220V中性点直接接地系统。
设备满足以上技术参数。
1）直流系统主要设备安装方式
1）汇流箱可直接安装在电池组件支架上，户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求。
2）变流器柜、直流防雷配电柜安装在光伏配电室。
2）直流系统设备汇总
本项目2.08MWp并网光伏发电系统包括8880块多晶硅组件，汇流箱32台、直流防雷配电柜8台、变流器8台及各个光伏发电单元系统容量见表3。
表3电池组件、逆变器及系统容量汇总表
序号
名称
规格
单位
1MWp单元系统数量
2.08MWp总计
1
多晶硅电池组件
235W
块
4440
8880
2
变流器
250kW/台，室型
台
4
8
3
汇流箱
SCHZ16-A智能型防雷汇流箱
台
16
32
4
直流防雷配电柜
GCKDC250（SZ）
台
4
8
5
系统容量
kWp
1043.4
2086.8
3、电站交流系统设计
电站交流电气系统设计以变流器交流输出侧为起点，包括低压配电柜设计与高压升压设计。
本项目交流并网电压为10kV，采取由变流器交流输出270V升压至10kV，接入至业主矿区35kV变配电站10kV侧，属于用户侧并网。
全站共配置250kVA隔离变压器4台，用于防止由于逆变器并联运行产生的环流。
这种方式采用容量为1000kVA逆变升压变压器2台，将2MWp变流器的270V交流输出电压升至10kV，10kV高压线路架空敷设至新建10kV配电室，经过计量等防护措施后接入业主矿区35kV变配电室10kV侧，供矿区用电负荷消纳平衡。
此方案2台1000kVA、双绕组分裂0.27/10kV逆变升压变压器，3面10kV高压配电柜，高压配电柜安装在新建高压配电室：
配置一面10kV高压进线隔离柜、一面进线柜、一面计量柜，保护装置为数字综合保护装置。
Ø电网公司要求
根据国家电网公司光伏电站接入电网（试行）技术规定要求如下表：
序号
名称
《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》要求
1
谐波
光伏电站接入电网后，公共连接点的谐波电压应满足GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的规定；
光伏电站接入电网后，公共连接点处的总谐波电流分量（方均根）应满足GB/T14549-93《电能质量公用电网谐波》的规定。
满足要求
2
电压
升级会员 