生态城智能营业厅风光储微网实施运营方案.docx

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生态城智能营业厅风光储微网实施运营方案

生态城智能营业厅风光储微网实施运营方案

1.风光储微网总体设计方案

1.1设计技术原则

（1）微网能统一管理其内部所有分布式电源和负荷。

在配电网发生故障时，微网无缝切换至孤岛运行模式，在该模式下各分布电源不必退出运行而继续发电，保持对微网内负荷的稳定供电。

（2）微网内分布式电源总容量不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%。

分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不低于10。

（3）微网内分布式电源向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量，在谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等方面应满足相关的国家标准。

（4）为保障人身设备的安全，微网内分布式电源宜采用TN-C-S接地型式，并应装设终端剩余电流保护。

（5）微网必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力，能够采集微网的电气运行工况，上传至电网调度机构，同时具有接受电网调度机构控制调节指令的能力。

微网与电网调度机构之间通信方式和信息传输应符合Q/GDW382-2009《配电自动化技术导则》的相关要求，包括遥测、遥信、遥控、遥调信号，提供信号的方式和实时性要求等。

1.2微网系统构成

生态城智能营业厅低压配电网通过10kV双回线与配电系统相连，配变为2*500kVA，主要以照明负荷及少量动力负荷作为负载。

微网容量配置：

微网容量配置原则是尽量使微网内的多余电力不倒送到主网，且尽可能的增加可再生能源的容量。

项目拟建光伏30kWp，风电5kW，同时拟建25kW*2h储能，选取智能营业厅内约25kW的办公负荷和照明负荷构成0.4kV低压微网。

微网内光伏和风电最大发电容量为35kW，考虑到光伏和风电受阳光和风力条件的约束一般难以达到满发，将微网内最大负荷配置为微网内最大发电容量的70%，即25kW。

由于微网内光伏和风电均为间歇性电源，为了保证在光伏电池和风电在不发电时微网能独立为其内部负载供电，所选取的储能容量必须与微网内最大负荷相当，因此配置25kW*2h的储能系统。

当微网并网运行时，若光伏与风电发电量大于微网内负荷，则将多余功率存储到储能系统中，若光伏与风电出力减小或者不出力时，则可释放储能单元的部分电能。

当微网孤岛运行时，通过对储能系统进行充放电控制，可实现分布式发电系统与微网内负荷的实时平衡，从而保证微网稳定的孤岛运行。

智能营业厅微网结构设计如下图所示：

图2-1智能营业厅微网结构示意图

为了保证微网在孤岛模式下的平稳运行，应根据内负荷的实际无功需求在微网内配置足够容量的无功补偿设备，以保证微网的孤岛状态下能保持电压的稳定。

2.光伏系统建设方案

2.1设计建设原则

Ø太阳能组件的放置位置在楼顶上；

Ø周围的建筑物全年不遮挡整个太阳能系统；

Ø尽量缩短到并网点距离，以减少输电损失。

太阳能组件到并网点的距离一般不超过150m。

Ø楼顶要做好防雷措施，并符合行业标准《民用建筑电气设计标准》（JGJ16-2008）中关于建筑物防雷措施的相关要求。

2.2光伏系统设计方案

由于该方案中光伏发电系统的容量只有30kW，因此可将光伏阵列汇流后通过1台30kW逆变器接入380V交流电网。

光伏发电系统接入电网示意图如下：

图3-1光伏发电系统并网示意图

光伏发电系统的组成包括：

Ø光伏电池组件及其支架；

Ø光伏阵列防雷汇流箱；

Ø直流防雷配电柜；

Ø光伏并网逆变器；

Ø环境监测系统

Ø系统的通讯监控装置；

Ø系统的防雷及接地装置；

Ø土建、配电房等基础设施；

Ø系统的连接电缆及防护材料。

2.2.1太阳能光伏组件

▪太阳能光伏组件选型

（1）非晶光伏组件、晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较

非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。

此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定。

而多晶和单晶薄膜电池由于效率高于非晶硅薄膜电池，也不存在效率衰退问题，建设投资收益远远高于非晶材料太阳能电池，因此晶硅光伏组件逐渐占据了市场的主导地位。

单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点，商业化电池的转换效率在15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高，每瓦售价约20～25元。

多晶硅太阳能光伏组件转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在13%～15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低，每瓦售价约16～20元。

单晶硅和多晶硅组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15％。

（2）推荐组件

根据性价比本方案推荐采用多晶硅光伏电池组件240Wp太阳能光伏组件，该组件为国产封装组件，必须经过CQC金太阳认证。

表3-1太阳能组件基本参数

峰值功率

240Wp

转换效率

16.94%

峰值电压

29.4V

峰值电流

8.16A

开路电压

36.5V

短路电流

8.5A

最高系统电压

DC1000V

重量

19.93kg（不同厂家可以不同）

外形尺寸

1640×992×50mm

▪太阳能光伏组件串并联方案

本项目光伏并网逆变器选用30kW逆变器，其直流工作电压范围为440Vdc~800Vdc（详见下文“光伏逆变器选型”）。

为防止温度的变化导致直流输入电压的变化，一般取最佳直流电压工作点为电压范围的中间值，以取最佳工作电压为620Vdc考虑。

太阳能光伏组件串联的组件数量NS：

（式中29.4V为光伏组件的峰值电压）

单列串联功率P：

30kW逆变器需要配置太阳能电池组件单列并联的数量NP：

所以，太阳能光伏电伏阵列单元设计方案为：

需安装的太阳能电池组件个数30000/240=125块。

排列方式为21串6列，采用2个汇流箱，每3列并入1个汇流箱输入逆变器。

▪太阳能光伏阵列的布置

根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算天津市不同倾斜面的太阳辐射量，经验数据表明，光伏组件的安装倾角和本地的地理纬度密切相关。

计算表明，天津市纬度38°34'，倾角等于34.8°时全年接受到的太阳能辐射能量最大，比水平面的数值高约20%。

太阳能光伏阵列安装倾角为30°。

光伏电池组件每3列安装在一个平板上，为了避免阵列之间遮阴，光伏电池组件阵列间距应不小于D：

式中φ为当地地理纬度（在北半球为正，南半球为负），H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差）。

根据上式计算，求得：

实际工程应用时取光伏电池组件前后排阵列间距3.3米。

具体光伏阵列示意图如下图所示。

图3-2光伏间距设计

太阳能光伏组件阵列每块平板排列面布置如下图所示：

图3-3光伏组件平板排列面布置图

▪总占地面积计算

30kWp光伏发电场由6列（每3列安装在一个平板上）太阳能光伏阵列构成，前后排阵列间距3.3米。

占地面积约（1.67+0.05）*21*（3.3+2*2.598）=306.9平方米。

2.2.2光伏逆变器

光伏并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心组成部分，它将太阳能发出的直流电能转化为交流电能馈入电网。

本项目光伏发电系统配置1台额定容量为30kW的并网逆变器。

▪性能特点

选用的光伏并网逆变器建议选用32位专用DSP控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。

并网逆变器应满足的主要技术性能特点如下：

Ø采用32位DSP芯片进行控制；

Ø采用智能功率模块（IPM）；

Ø太阳电池组件最大功率跟踪技术（MPPT）；

Ø50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；

Ø有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；

Ø有先进的孤岛效应检测方案；

Ø有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；

Ø直流输入电压范围（450V～820V），整机效率高达95%以上；

Ø人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏（LCD），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（大于50条），总发电量数据，历史发电量（按月、年查询）数据；

Ø可提供Ethernet（以太网）远程通讯接口，Ethernet（以太网）接口支持TCP/IP协议，支持动态（DHCP）或静态获取IP地址。

并网逆变器推荐的主要技术参数如表3-2所示。

表3-230kW光伏并网逆变器性能参数表

额定功率

30kW

隔离方式

工频变压器

允许电池最大方正功率

33kW

最大开路电压

850Vdc

太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）

440～800Vdc

最大效率

94.5%

总谐波电流

THD（Iac）<4%（满功率时）

功率因数

>0.99（半功率以上）

MPPT精度

99%

夜间自消耗电能

<20W

直流电压波纹

Vpp<10%

防护等级

IP20（室内）

通讯接口

以太网

使用环境温度

-20℃～+50℃

使用环境湿度

0～95%（不结露）

参考尺寸（深×宽×高，单位mm）

600×800×1600

参考重量（kg）

420kg

目前光伏并网逆变器应用较多的是德国SMA，美国的power-one，奥地利的Fronius，国内的阳光电源等，这些牌子的逆变器规格都比较多。

2.2.3环境监测系统

在太阳能光伏发电场内配置1套环境监测仪。

实时监测总辐射（GHI）、环境温度（TEMPA）、电池板表面温度（TEMPB）、风速（WS）、风向（WD）五个参数。

环境监测系统由以下几个部件构成：

Ø采集控制器

Ø总辐射仪 

Ø风速传感器 

Ø风向传感器

Ø环境温度传感器

Ø表面温度传感器

Ø风速风向采集器 

Ø总辐射采集器

Ø防辐射罩 

Ø风杆支架总成 

Ø通讯接口

Ø电源系统

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。

环境监测装置如下图所示。

图3-4光伏电站环境监测系统

2.3与微网集中控制器的接口

在微网中，要求光伏逆变器能与微网集中控制器进行快速的信息交互。

在运行时，光伏逆变器能够将目前的重要运行信息上送集中控制器，并能接收集中控制器的有功和无功调节命令并正确执行，以保证在孤岛运行时，集中控制器能够对所有的发电设备和负荷进行统一分析和调度，完成孤岛运行时微网内部的功率平衡。

由于本项目中选取的光伏逆变器的输出仅为最大功率跟踪结果而不能任意调节，因此微网集中控制器只能控制光伏逆变器的投入或切除。

光伏逆变器与微网集中控制器的通讯接口图如下图所示。

光伏逆变器通过以太网后接入微网集中控制器，同时与光伏逆变器配套的环境监测装置也采用以太网接口将测控信息上送微网集中控制器，微网集中控制器通过控制断路器来实现投入或切除光伏逆变器。

图3-5光伏逆变器与微网的通讯架构

3.风力发电系统建设方案

3.1风力发电机组成及并网方式

本项目中风力发电系统的容量只有5kW，因此可选用风能利用率较高、工作风速区域宽的小型风力发电机，如下图所示。

图3-65kW风力发电机外形图

小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统。

本项目的风力发电系统可采用风力机直接驱动低速交流发电机经变频器的并网方式，风力发电系统由风轮、发电机、整流逆变装置组成，如下图所示：

图3-7风力发电系统并网示意图

1.风轮：

风轮由叶片、转体和尾翼组成。

叶片用来