SG500MX集中型逆变器系统应用方案设计V111112.docx

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SG500MX集中型逆变器系统应用方案设计V111112

SG500MX集中型逆变器系统应用设计方案

电源股份

2015-11

目录2

一、系统设计的原则与参考标准3

1.1方案概述3

1.2设计原则3

1.3参考标准3

二、系统关键设备4

2.1系统构成4

2.2系统关键设备选型4

三、系统设计方案9

3.1方案设计目标9

3.2组件串、并联设计方案9

3.3组件排布与连接设计方案11

3.4固定支架倾角设计方案12

3.5阵列间距设计方案13

3.6箱变位置、线缆敷设设计方案14

3.7单元布局设计方案15

3.8单元的数据通讯设计20

3.9精细化设计价值21

四、1MW单元材料及设备清单21

五、补充说明21

一、系统设计的原则与参考标准

1.1方案概述

本方案是基于我司SG500MX集中型逆变器在并网电站中应用的系统设计方案，电站类型涵盖MW级大型并网地面电站、MW级分布式电站，容包括系统设计原则、关键设备选型、系统设计方案推荐等。

本方案中单元设计、变压器设计为匹配2台SG500MX逆变器，均按照交流输出1MW推荐，单元规模及容量均按照交流侧定义。

本方案为正式归档的V1.1版本，后续有优化后再以更新版本为准。

1.2设计原则

最小化度电成本（LCOE）是光伏电站最基本的设计原则，需要综合考虑如何降低系统投资成本和提高发电量两个方面因素。

我司采用智能化设计方法和专业的数据分析，保证电站系统在25年安全、高效运行的前提下，找到投资和产出的最优比。

1.3参考标准

QX/T89-2008《太阳能资源评估方法》

GB6495-1986《地面用太阳电池电性能测试方法》

GB/T9535-1998（IEC61215）《地面用晶体硅光伏组件设计鉴定和定型》

GB/T18210-2000《晶体硅光伏（PV）方阵I-V特性的现场测量》

GB/T12325《电能质量供电电压允许偏差》

GB/T14549《电能质量公用电网谐波》

GB/T15543《电能质量三相电压允许不平衡度》

GB/T15945《电能质量电力系统频率允许偏差》

GB17478《低压直流电源设备的特性和安全要求》

GB/T17626《电磁兼容试验和测量技术》

GBJ232－1982《电气装置安装工程施工及验收规》

GBJ17-1988《钢结构技术规》

GBJ9-1987《建筑结构荷载规》

GB50016-2006《建筑设计防火规》

GB50057-1994《建筑物防雷设计规》

GB50015-2010《建筑给水排水设计规》

GB50054《低压配电设计规》

GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》

GB/Z19964-2005《光伏电站接入电力系统的技术规》

GB50217-2007《电力工程电缆设计规》

GB50794-2012《光伏发电站施工规》

DL5009-2002《电力建设安全工作规程》

GB50797-2012《光伏发电站设计规》

GB50795-2012《光伏发电工程施工组织设计规》

GB50796-2012《光伏发电工程验收规》

二、系统关键设备

2.1系统构成

基于SG500MX集中型逆变器的光伏发电系统主要由光伏阵列、直流汇流箱、集中型逆变器、箱式变压器等关键设备组成，光伏阵列产生的直流电通过汇流、逆变、变压后并入公共电网。

图1：

基于SG500MX集中型逆变器的光伏发电系统示意图

2.2系统关键设备选型

2.2.1组件

目前电站常用组件的规格有多晶265W、多晶270W、多晶305W、单晶265W等，如某厂家组件的主要规格参数如表1所示。

表1：

某厂家组件的主要规格参数

技术参数

多晶265W

多晶270W

多晶305W

单晶265W

电池片数

60PCS

72PCS

60PCS

开路电压

38.14V

38.30V

45.35V

38.26V

短路电流

9.10A

9.16A

8.79A

9.00A

峰值功率电压

30.89V

31.21V

36.71V

31.11V

峰值功率电流

8.58A

8.65A

8.31A

8.52A

开路电压温度系数

-0.33%/℃

峰值功率电压温度系数

-0.40%/℃

-0.41%/℃

短路电流温度系数

0.058%/℃

0.059%/℃

最大系统电压

1000Vdc

标称工作温度

45±2℃

尺寸（mm）

1650*991*40

1956*991*45

1650*991*40

重量

18.2kg

26.0kg

18.2kg

2.2.2直流汇流箱

本方案选用PVS-16M智能直流汇流箱，拥有完善的防雷设计，组串电流、电压检测，异常报警设计，带防雷的PV自供电设计等特点；汇流箱标准配置为16路输入，其实物图和电气接口如图2所示，部电气拓扑结构如图3所示。

图2：

直流汇流箱PVS-16M实物和电气接口

图3：

PVS-16M电气结构

表2：

PVS-16M技术参数

光伏电压围

200Vdc～1000Vdc

通讯连接方式

RS485

最多输入路数

16路

无线通讯

可选配

每路熔丝额定电流

10A/15A（可更换）

环境温度

-25℃～+60℃

直流输出断路器

根据实际容量选配

尺寸（宽×深×高）

670×570×180mm

防雷

光伏专用防雷模块

重量

25kg

防护等级

IP65

安装方式

壁挂式

2.2.3集中型逆变器

基于SG500MX集中型逆变器在MW级大型并网地面电站、MW级分布式电站中的应用，我司均以SG1000TS箱式逆变房的整体方案进行设计和推荐。

SG1000TS箱式逆变房，集成了2台SG500MX集中型逆变器，采用户外型7尺集装箱房体设计，将逆变器、直流柜、监控单元、配电单元、安防系统、消防设备等进行了高度集成化设计，同时具备IP54的防护等级、三面可开门易于维护、缩短电站建设周期等优点。

SG500MX集中型逆变器及SG1000TS箱式逆变房实物如图4所示。

图4：

SG500MX集中型逆变器及SG1000TS箱式逆变房实物图

SG500MX集中型逆变器最大输入功率可达560kW，系统最大输入电压1000V，460V~850V的宽MPPT围，标准315Vac输出，详细参数如表3所示。

表3：

SG500MX技术参数

输入

输出

最大输入功率

560kW

额定输出功率

500kW

最大输入电压

1000Vdc

最大输出视在功率

550kVA

启动电压

500V

最大输出电流

1008A

最低工作电压

460V

额定电网电压

315Vac

MPP电压围

460V~850V

电网电压围

252~362Vac

最大输入电流

1220A

额定电网频率

50Hz/60Hz

系统

最大效率

99.00%

通讯

RS485，以太网

欧洲效率

98.7%

显示

彩色触摸屏

外部辅助电源电压

380V，3A

防护等级

IP21

夜间自耗电

<20W

尺寸（宽×高×深）

1205×1915×805mm

冷却方式

温控强制冷风

重量

900kg

运行温度围

-30℃～+65℃

认证

金太阳认证，CE，符合BDEW

最高海拔

6000m（>3000m降额）

SG500MX集中型逆变器采用高效的拓扑，直流输入的具体路数可定制，具体电气拓扑如图5所示。

图5：

SG500MX电气拓扑

SG1000TS箱式逆变房，集成了2台SG500MX集中型逆变器，并集成了监控、安防等设备。

部设备间的连接线缆已在出厂前全部接好，箱式逆变房与外部设备的连接线缆统一从箱式逆变房底部进出。

电路拓扑如图6所示。

图6：

逆变房电气连接图

用户可按照表4推荐完成逆变房与外部设备间的线缆连接。

表4：

逆变房与外部设备间的线缆连接

编号

作用

接线描述

直流输入

每台6路，70mm2电缆

交流输出

三相，每相3×185mm2电缆

外部通讯接口

可提供RS232/RS485，以太网/Modbus，IEC61850，DNP3.0，101,103,104等各种标准通讯接口

外部三相厂用电380Vac

可接入厂用电，为逆变房各设备正常使用供电，推荐使用10mm2阻燃线缆

注：

厂用电不是必备项，也可直接利用逆变器的交流输出为监控配电柜供电，进而为房其他设备提供供电；或厂用电与供电主备切换，提高供电可靠性。

2.2.4箱变

箱变的实物和部电气结构如图7所示，箱变容量由系统单个方阵的容量确定。

本方案逆变器最大输出视在功率为1100kVA，因此箱变容量选用1100kVA，电压等级为35kV/0.315kV，对于10KV并网的项目，可选择10KV/0.315kV的箱变。

图7：

箱变实物和部电气结构

表5：

箱变规格参数

定容量

1100kVA

联接组标号

D,y11,y11

额定电压

35kV/0.315-0.315kV

低压断路器

315V/1100A

额定频率

50Hz

高压侧断路器

35kV/500A

阻抗电压

6.50%

外壳材质

不锈钢/铝

最大效率

>99%

承受电流不平衡能力

<5%

注：

本箱变仅适用于1MW单元方案，对于其它容量单元，需重新对箱变选型。

2.2.5线缆

线缆选型主要考虑的因素有：

敷设方式、安规、导体材质、电压等级、载流量、环境温度等，本方案选用的线缆规格如表6所示。

表6：

线缆选型规格参数

类型

规格

起点

终点

备注

直流线缆

PV1-F-1×4mm2

光伏组串

直流汇流箱

建议光伏专用电缆

ZR-YJV22-1-2×50mm2

直流汇流箱

SG500MX逆变器

汇流箱8路输入

ZR-YJV22-1-2×70mm2

直流汇流箱

SG500MX逆变器

汇流箱16路输入

交流线缆

ZR-YJV22-1-3×185mm2

SG500MX逆变器

箱式变压器

通讯线缆

ZR-RVSP-2×1.0mm2

被采集点

COM100通讯箱

建议屏蔽双绞线

注：

1.交流电缆建议采用阻燃、铠装的多股线芯电缆，承受外力强，且不易损坏；

2.逆变器到箱式变压器建议多股硬线，以保证接线接触良好；

三、系统设计方案

3.1方案设计目标

系统方案的设计围绕最小化度电成本（LCOE）来进行，需要综合考虑如何降低系统投资成本和提高发电量两个方面因素；为达到目标，既不可无限制的压缩投资成本，亦不可盲目追求发电量，需要正确找到两者的平衡点。

为实现最小化度电成本目标，需对系统进行精细化设计，主要包括科学合理的组件串/并联设计、组件排布与连接设计、阵列倾角设计、阵列间距设计、箱变位置设计、线缆走向设计、以及系统布局设计等，使系统高效运行，从而提高系统的能量效率（PR）和发电量，降低系统初始投资成本，结合我司的智能化设计方法，找到投资和产出的最优化设计方案。

3.2组件串、并联设计方案

3.2.1组件串、并联设计

组件串联设计原则：

组串最高开路电压低于逆变器所能承受的最高电压，组串最低工作电压高于逆变器满载MPPT围的最小值。

组串并联设计原则：

组串并联路数由逆变器的最大功率输入决定，同时考虑适当超配以补偿直流侧损失、提高逆变器利用率，降低系统的LCOE。

图8：

容配比与LCOE的关系曲线

以格尔木地区为例，组件选取某厂家多晶265W，组件的串、并联设计步骤及关键参数的取值，如表7所示。

表7：

组件串、并联设计步骤

计算例证

步骤一：

确定组件电池片的工作温度

其中G=0.8kW/㎡

格尔木全年的白天环境温度围-25℃~50℃，组件的NOCT为45℃。

计算出组件电池片实际温度为-25℃~75℃

步骤二：

确定组件的电压围

在STC情况下，

，

；

温度系数：

，

（

如无,可参考

）。

代入左边公式：

，

步骤三：

组件串联数设计

SG500MX满载MPPT最小电压为460V，最大输入电压是1000V，得出

，推荐N取22

步骤四：

组串并联路数设计

组串并联后的功率等于逆变器的最大输入功率，允许围推荐适当超配

SG500MX额定输出功率为500,000W，比如，在II类辐照度地区，接入6台16路汇流箱，输入功率为559,680W，容配比为1.12：

1，满足设计要求

3.2.2组件的串、并联配置推荐

结合设计原则和我国各地区的温度围，针对几种常用规格组件，与我司SG500MX规格逆变器配合使用，推荐配置如表8所示。

表8：

几种常用组件的组串配置推荐

地区辐照度等级

I类

II类

III类

超配比率

1.0倍-1.1倍

1.1倍-1.2倍

>1.2倍

组件规格

265W/270W

305W

265W

305W

265W

305W

组件串联设计

22串

18串

22串

18串

22串

18串

汇流箱输入路数

16路

汇流箱台数

6（注）

7（注）

SG500MX输入路数

6路

7路

组件实际容量（W）

513,040

527,040

559,680

570,960

606,320

614,880

SG500MX额定输出（W）

500,000

配比

1.02：

1.05：

1.12：

1.14：

1.21：

1.23：

注：

（1）环境温度围计算以-25℃～50℃为围；

（2）研究表明，系统适当超配有利于降低LCOE。

（3）（注）：

设表8中汇流箱台数用"N"表示，（N-1）台接满16路组串，第N台接入8路组串。

（4）后文中涉及方案对比计算的参数均基于配比1.1：

1方案。

3.3组件排布与连接设计方案

设计原则：

组件在支架上的排布方式以线缆成本、土地利用率、遮挡影响最小、接线方便、施工简单为设计原则。

组件常见的排布方式有横向4×11和竖向2×11两种，组件横向4×11排布方式线路连接推荐如图9所示，组件竖向2×11排布方式线路连接推荐如图10所示。

图9：

组件横向4×11排布方式连接图

图10：

组件竖向2×11排布方式连接图

由于某种原因引起的遮挡对两种布局的影响不同，如图11所示，单块电池板（6排10列cell组成）竖向放置，一排被遮挡，理论上组件几乎没有功率输出；横向放置，一排被遮挡，组件的输出功率约为正常输出功率的2/3；因此横向4×11排布方式因遮挡引起的损失更小。

图11：

组件竖向、横向被遮挡示意图

此外，从土地利用率、电缆成本方面考虑，横向4×11排布方式均有优势，但是支架成本较竖向2×11排布略高，且安装较困难。

表9为以格尔木地区冬至日（09:

00-15:

00）不遮挡为原则，交流输出1MW（阵列容量为1,096,040W）单元按横向4排布置和竖向2排布置的数据对比。

本方案推荐横向4×11排布方式，后续章节单元设计均以4×11排布方式为原则。

表9：

两种排布方式数据对比

阵列实际容量

布局方式

倾角设计

阵列面积

电缆总成本

电缆平均成本

1,096,040W

竖向2×11排布

32度

17,379㎡

169,797元

0.155元/W

1,096,040W

横向4×11排布

32度

17,096㎡

158,028元

0.144元/W

注：

土地面积的计算均按照相同发电量条件下各自对应的间距（4.7米和5.6米）计算。

3.4固定支架倾角设计方案

倾角设计原则：

依据最优经济效益倾角设计。

支架的安装倾角分为最优发电量倾角和最优经济效益倾角，最优发电量倾角由当地纬度和辐照条件共同决定，通常最优经济效益倾角比最优发电量倾角低5°左右。

以格尔木地区交流输出1MW（阵列容量为1,096,040W）单元为例，最佳发电量倾角为36度，然而在倾角30°~36°围发电量差异不超过0.878%，土地利用率30°与36°相比减小6.4%。

图12：

倾角与年发电量及土地使用关系图

表10：

不同倾角下的发电量损失及土地节省率

倾角

间距（m）

年发电量（MWh）

发电量损失

占地面积（㎡）

土地节省率

30度

5.3

1693

0.878%

16,722

6.4%

32度

5.6

1700

0.468%

17,096

4.3%

34度

5.8

1704

0.234%

17,490

2.1%

36度

6.1

1708

0.0%

17,865

0.0%

38度

6.4

1706

0.117%

18,240

-2.1%

注：

由于最优倾角与阵列容量、土地成本、当地纬度多种因素有关，我司会根据具体项目，利用专业软件和算法进行最优经济效益倾角设计推荐，本方案中后续设计均推荐倾角32度。

3.5阵列间距设计方案

阵列间距设计原则：

当地冬至日（当天影子倍率最大）真太阳时09:

00-15:

00的6小时前后阵列互不遮挡的最小距离，在土地资源较为丰富地区可增长前后阵列互不遮挡的小时数（增大时角）。

本方案阵列间距的计算如图13：

图13：

阵列间距示意图

（公式1）

（公式2）

以格尔木地区电站为例，以冬至日真太阳时09:

00-15:

00的6小时前后阵列互不遮挡为原则，固定支架倾角设计选择32°，多晶265W组件横向4×11排布，阵列间距的计算方法和其中关键参数的取值，如表11所示。

表11：

光伏阵列前后排间距计算关键参数

序号

参数符号

含义

当地冬至日真太阳时09时取值

前排高点和后排低点高度差

由下面L和

值代入得：

2.13m

太阳实时方位角

真太阳时09时方位角为：

-45°

当地纬度

格尔木纬度：

北纬36.42°

太阳赤纬角

冬至日太阳赤纬角为：

-23.45°

横向4排布斜边长

组件宽0.99m，共4排：

4.02m（含压块）

固定支架倾角

取固定倾角：

32°

阵列间距

以上参数代入公式5：

计算得出阵列间距为5.1m

注：

表11的计算为理论计算，实际设计中综合考虑土地价格和地面平整因素，在理论计算的基础上适当调整间距。

3.6箱变位置、线缆敷设设计方案

箱变的位置、线缆的敷设方式，影响到系统直流侧的整体损耗和系统电缆的成本，常见的几种设计方案对比如表12所示。

表12：

几种常见方案比较

方案1：

汇流箱靠路边放置、箱式变房和箱变居中√

方案2：

汇流箱阵列中间放置、箱式变房和箱变居中

方案3：

与其他单元共用东西道路

线缆成本：

158,028元

线缆成本：

168,361元

线缆成本：

175,286元

单位线缆成本：

0.144元/W

单位线缆成本：

0.154元/W

单位线缆成本：

0.160元/W

注：

表格数据以交流输出1MW单元、组件按照4×11方式排布、阵列前后间距5.6米、支架左右间距0.5米进行核算，线缆成本为箱变前端低压直流线缆和低压交流线缆成本之和。

本方案推荐：

汇流箱靠路边放置、箱式逆变房和箱变居中、维护道路南北走向、南北方向两条电缆沟的方案（表12中方案1）；对比分析可看出，该方案单元线缆单位成本最低。

3.7单元布局设计方案

3.7.1单元布局设计（配比1.0：

1）

基于SG500MX集中型逆变器，本方案推荐系统按照交流输出1MW设计。

组件推荐选择多晶硅265W组件，单支架组件采取横向4排11列排布，整个单元采用11排8列的布局，单元的实际容量为1,002,760W；道路为南北方向；箱式逆变房和箱变居中放置，共占用两个支架位置；系统配置一台箱式逆变房SG1000TS，一台容量1100kVA的箱式变压器，12台PVS-16M智能汇流箱（其中10台接满16路，2台接入8路，详见布局图）。

图14：

单元布局示意图（配比1.0：

1）

3.7.2单元布局设计（配比1.1：

1）

基于SG500MX集中型逆变器，本方案推荐系统按照交流输出1MW设计。

组件推荐选择多晶硅265W组件，单支架组件采取横向4排11列排布，整个单元采用12排8列的布局，单元的实际容量为1,096,040W；道路为南北方向；箱式逆变房和箱变居中放置，共占用两个支架位置；系统配置一台箱式逆变房SG1000TS，一台容量1100kVA的箱式变压器,12台PVS-16M智能汇流箱（12台汇流箱均接满16路）。

图15：

单元布局示意图（配比1.1：

1）

3.7.3单元布局设计（配比1.2：

1）

基于SG500MX集中型逆变器，本方案推荐系统按照交流输出1MW设计。

组件推荐选择多晶硅265W组件，单支架组件采取横向4排11列排布，整个单元采用13排8列的布局，单元的实际容量为1,189,320W；道路为南北方向；箱式逆变房和箱变居中放置，共占用两个支架位置；系统配置一台箱式逆变房SG1000TS，一台容量1100kVA的箱式变压器。

14台PVS-16M智能汇流箱（其中12台接满16路，2台接入8路，详见布局图）。

图16：

单元布局示意图（配比1.2：

1）

3.7.4单元参数设计

表13：

单元参数

配比方案

1.0：

1.1：

1.2：

单元容量

1,002,760W

1,096,040W

1,189,320W

单元排布方式

11排8列

12排8列

13排8列

单支架组件排列

横向排布4×11

维护道路走向

南北

组件规格

多晶265W

组件数量

3,784

4,136

4,488

组件串联数

支架数量

102

逆变器及箱变占用支架数

逆变器型号

箱式逆变房SG1000TS（含两台SG500MX）

汇流箱型号

PVS-16M

汇流箱数量

箱变容量

1100kVA

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