15MW光伏并网系统技术方案.docx
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15MW光伏并网系统技术方案
1.5MW光伏并网系统
技
术
方
案
北京市太阳能研究所集团有限公司
公司简介
北京市太阳能研究所集团（以下简称北太所集团）成立于1979年，是北京市政府直接批文成立的中国最早的太阳能专业研究机构。
时至今日，北太所集团已成为中国在太阳能行业最具研发实力的、集科研、生产、销售于一体的高科技集团公司，并在国际上享有较高声誉。
北太所1979年成立，1985年率先实行企业化管理，1988年成立了第一家全资子公司，2004年完成改制，2010年引入战略投资，2011年制定九年发展规划，2012扩张为集团。
可以说，北太所集团的发展历程，是我国传统科研院所由国有体制向市场化转变的一个完整的缩影。
北太所集团现有的研究领域分为太阳能光热技术、太阳能光伏技术、生物质燃料技术及相关材料科学研究，并在相关领域处于技术领头羊位置。
经营业务涉及太阳能低温、中高温应用、太阳能光热电站建设、太阳能光伏电站建设、生物质技术应用、合
同能源管理、全系统解决方案集成、装备制造及技术咨询、新能源
文化传播、地产置业等。
公司最大的资产是聚集了一批专门从事太阳能研究、开发生产的高级专业人才，诞生了10位享受国家政府津贴和国务院授予的国家级有突出贡献专家，大专学历以上专业技术人员占90%。
北太所集团产品出口全世界80多个国家和地区，其中热管式真空集热管和平板集热器通过了欧洲TUV认证、欧洲CE认证、欧洲太阳能产品认证、美国检测认证以及韩国、西班牙、法国、瑞士太阳能检测认证，达到了德国工业标准DIN4757。
自79年成立以来，共获国家专利261项，荣获国家和部、市级科技进步奖45项，尤里卡发明奖一项。
2010年荣任首届“平板太阳能热利用专业委员会”常务副会长单位。
到2011年已累计技工贸总收入超过41亿元，出口创汇近2亿美元。
并培育成熟了桑普、桑达两个行业品牌，享誉国内、国际市场。
2010年，中能华辰集团以战略投资的形式入主北太所，新一届领导班子推出九年规划以培育桑普“第一文化”，将使北太所集团在技术和产业两方面同时向行业的顶峰迈进。
一、相关规范和标准
制造、试验和验收可参考如下标准：
GB/T6497-1986地面用太阳电池标定的一般规定
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/T18479-2001地面用光伏（PV）发电系统概述和导则
GB/T12632-1990单晶硅太阳电池总规范
1.2本并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：
GB/T191包装储运图示标志
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
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外壳防护等级（IP代码）（equIEC60529:
1998）
GB3859.2-1993半导体变流器应用导则
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
1.3升压系统制造、试验和验收可参考如下标准：
GB311.1～6—83中压输变电设备的绝缘配合，高电压试验技术
—88中压输变电设备的绝缘配合使用导则
GB1207—86电压互感器
GB1207—87电流互感器
GB1984—89交流中压断路器
GB1985—89交流中压隔离开关和接地开关
GB3906—913~10KV交流金属封闭开关设备
GB7261—87继电器及继电保护装置基本试验方法
GB11032—89交流无间隙金属氧化物避雷器
GB50150—91电气装置安装工程电气设备按接试验标准
GB1094.1电力变电器第1部分总则
GB1094.2电力变电器第2部分温升
GB1094.3电力变电器第3部分绝缘水平和绝缘试验
GB1094.5电力变电器第5部分承受短路的能力
GB/T4942外壳防护等级（1P代码）
GB15166.2交流中压熔断器限熔断器
二、1MW光伏电站系统图
三、系统介绍
根据系统设计要求，1.5MW光伏电站接入15KV中压电网实现并网发电，本系统按照3个相同的500KW并网发电单元进行设计，并且每个单元均采用一次升压设计方案，即从0.27KV升压至15KV。
选型.方阵效率.方阵角度.方阵辐射量.方阵排列。
（1）单晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较
单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，商业化电池的转换效率在17%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。
多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，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。
两种组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15％。
（2）根据性价比本方案推荐采用多晶240WP太阳能光伏组件，该电池板开环电压37.5V，工作电压29.5V，考虑到逆变器的耐压和最佳效率，选择20节电池板串联，开路电压750V，工作电压590V，
（3）功率为并网光伏系统效率计算
并网光伏发电系统的总效率由光伏阵列的效率、逆变器效率、交流并网等三部分组成。
一：
光伏阵列效率η1：
光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比。
光伏阵列在能量转换过程中的损失包括：
组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取效率85%计算。
二：
逆变器转换效率η2：
逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率95%计算。
三：
交流并网效率η3：
从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95%计算。
四：
系统总效率为：
η总＝η1×η2×η3＝85%×95%×95%=77%
（4）倾斜面光伏阵列表面的太阳能辐射量计算
从气象站得到的资料，均为水平面上的太阳能辐射量，需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
对于某一倾角固定安装的光伏阵列，所接受的太阳辐射能与倾角有关，较简便的辐射量计算经验公式为：
Rβ＝S×[sin（α+β）/sinα]+D
式中：
Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量
S——水平面上太阳直接辐射量
D——散射辐射量
α——中午时分的太阳高度角
β——光伏阵列倾角
根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算不同倾斜面的太阳辐射量，具体数据见下表：
表10不同倾斜面各月的太阳辐射量（KWH/m2）
倾角β
30°
34°
36°
38°
40°
42°
44°
46°
50°
1月
144
147
2月
3月
196
4月
5月
239
6月
7月
8月
9月
198
10月
192
11月
12月
全年
2270
2270
2268
2263
2257
2239
（5）、太阳能光伏组件串并联方案
太阳能光伏组件串联的组件数量Ns=880/37.5±=24（块），这里考虑温度变化系数,取太阳能电池组件20块串联,单列串联功率P=20×240Wp=4800Wp；
单台500KW逆变器需要配置太阳能电池组件串联的数量Np=500000÷4800≈104列，
1.5兆瓦太阳能240*20=4.8KW，对于500K的系统，共500/4.8=104组，电池板20*104=2080块。
光伏电伏阵列单元设计为312列支路并联，共计6240块太阳能电池组件，实际功率达到KWp。
（6）、太阳能光伏阵列的布置
一:
光伏电池组件阵列间距设计
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:
ΦΦ）〕
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：
D=5025㎜。
取光伏电池组件前后排阵列间距5.5米。
二：
太阳能光伏组件阵列单列排列面布置见下图：
在本系统中，选用16汇1的汇流箱，每16组接一个汇流箱，每个500KW的并网单元共104组，需配置7台汇流箱,则整个1.5MWp并网发电单元需配置21台汇流箱。
每台BNSG-500KTL并网逆变器配置1台500K的直流防雷配电柜，整个1.5MWp并网系统需配置3台直流防雷配电柜。
每个500KW并网发电单元配置1台500KW并网逆变器，整个1.5MW系统共配置3台500KW并网逆变器。
每个500KW并网发电单元配置1台0.27/15KV、500KW升压变，整个1.5MW系统共配置3台0.27/15KV、500KW升压变。
为了实时监测并网发电系统的运行状态和工作参数，采用RS485通讯方式实现，整个系统共需配置1套多机版监控软件。
为了实时监测现场的环境情况：
如风速、风向、日照强度和环境温度，系统配置1套环境监测仪。
四、光伏阵列防雷汇流箱
本系统共需21台一级汇流箱,此汇流箱均为16汇1，型号为SPVCB-16M。
该汇流箱具有以下特点：
1）防护等级IP65，防水、防灰、防锈、防晒、防盐雾，满足室外安装的要求；
2）可同时接入18路电池串列，每路电池串列的允许最大电流10A；
3）每路接入电池串列的开路电压值可达880V；
4）直流输出母线的正极对地、负极对地配有光伏专用防雷器，选用菲尼克斯品牌防雷器，其额定电流≥15KA，最大电流≥30KA；
5）汇流后输出配有ABB品牌直流断路器；
6）每路直流输入端均配有耐压等级为1200V的防反二极管。
4.2原理框图
汇流箱
4.3技术参数
光伏阵列防雷汇流箱的技术参数如下：
型号
BH10A-18
直流输入路数
18路
直流输出路数
1路
直流输入的正负极线径
4mm2
直流输出的正负极线径
35mm2
直流输出最大电流
180A
防护等级
IP65
体积（宽×深×高）
670×500×202mm
重量
40KG
4.4设备图片
五、直流防雷配电柜
本系统共配置2台均为500K的直流防雷配电柜，配电柜安装在室内，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再经电缆与并网逆变器连接，方便操作和维护。
5.1性能特点
主要性能特点如下：
1）每台直流防雷配电柜按照500KW配电单元设计，与500KW并网逆变器匹配；
2）每路直流输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管，其中断路器选用ABB品牌；
3）直流输出侧配置菲尼克斯光伏专用防雷器，其额定电流≥15KA，最大电流≥30KA；
4）直流母线输出侧配置1000V直流电压显示表和1500A直流电流显示表；
5.2原理框图如下图所示
六、并网逆变器
整个1.5MWp系统共需配置3台BNSG-500KTL并网逆变器。
BNSG-500KTL并网逆变器采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用日本三菱IGBT模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术，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。
该并网逆变器的主要性能特点如下：
●采用美国TI公司DSP芯片进行控制；
●采用日本三菱IGBT模块,增强系统的可靠性；
●光伏电池组件的最大功率点跟踪技术（MPPT）；
●具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；
●具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；
●具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；
●宽直流输入电压范围，整机效率高达98.7%；
●并网逆变器正常工作允许电网三相线电压范围为：
AC230V～AC310V，频率范围为：
48－52Hz；
●人性化的操作界面，英文菜单，可显示设备的各项运行数据、实时故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据，以及设备的工作状态。
●可提供RS485远程通讯接口，遵循Modbus通讯协议；
BNSG-500KTL并网逆变器主电路拓扑结构
如上图所示，BNSG-500KTL并网逆变器的的主电路拓扑结构，并网逆变电源通过三相桥式变换器，将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过外置的三相变压器隔离升压（根据接入电网要求，变压器另配）后并入电网发电。
为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法。
型号
BNSG-500KTL
隔离方式
无工频变压器
直流输入
推荐太阳电池阵列功率
500KWp
最大太阳电池阵列功率
550KWp
最大阵列开路电压
900Vdc
太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围
（输入电压范围）
450Vdc～880Vdc
最大输入电流
1200A
交流输出
输出额定交流功率
500KW
最大交流输出功率
550KW
最大交流输出线电流
1070A
额定输入输出时电流谐波含量（THD）
<3%
额定输入时输出功率因数
9
最大效率
9%
欧洲效率
9%
电网额定电压
270V
允许电网电压范围（三相）
230VAC～310VAC
输出额定电压
270VAC
电网频率波动范围
系统
夜间自耗电
<100W
自动投运条件
直流输入及电网满足要求，逆变器自动运行
断电后自动重启时间
3min
保护功能
直流、交流过压及欠压保护，交流过、欠频保护，过载保护，短路保护，漏电保护，过热保护，防孤岛保护等
通讯接口
RS485
电气绝缘性能
直流输入对地
1500VAC，1分钟
直流与交流之间
1500VAC，1分钟
使用环境温度
－25℃～＋55℃
使用环境湿度
0～95%，不结露
允许最高海拔
6000米（超过2000米需降额使用）
冷却方式
强制风冷
噪音
≤60dB
防护等级
IP20（室内）
显示方式
显示界面
触摸屏
语言种类
中英文
机械参数
尺寸（宽×深×高）
1600×800×2060
重量
1800KG
BNSG-500KTL光伏并网逆变器
6.5设备结构图：
BNSG-500KTL光伏并网逆变器
七、监控系统
本系统采用RS485总线通讯方式实现远程通讯功能，这是一种非常通用可靠的通讯方式，支持多种通讯协议，可与电力监控进行通讯。
用户可以通过上位机监控软件，方便直观地查看当前逆变器的运行数据和运行状态，同时可以查询历史数据和故障数据。
整套系统安装1套多机版监控软件，可集中监控20台逆变器的工作状态，需数据采集器1台。
（1）光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下：
✧实时显示电站的当前发电功率、日发电量、累计总发电量。
✧可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：
A、直流电压
B、直流电流
C、直流功率
D、交流电压
E、交流电流
F、当前发电功率
G、逆变器频率
H、时钟
I、日发电量
J、累计发电量
✧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、通讯失败；
（2）监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储20年以上电站所有的运行数据和所有的故障纪录。
（3）可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS2000，XP操作系统。
（4）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。
（5）显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果。
八、环境监测仪
本系统配置1套环境监测仪（如下图所示），用来监测现场的环境情况：
该装置由一体化风速风向传感器、日照时数传感器、测温探头、控制盒、稳压电源及支架、气象环境监测纪录仪等组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。
可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485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。
1、新型一体化风速风向传感器。
采用便携式防水防震结构设计，可在野外全天候使用，检测精度高，低功耗环保节能设计。
该仪器广泛用于环保，气象，农业，林业，水利，建筑，科研及教学等领域。
风速、风向传感器技术参数如下：
项目
风向
风速
起动风速
≤
≤
测量范围
0～75m/s
0～360°
精确度
±（0.3+0.03V）m/s
±3°
分辩率
°
距离常数
≤3m
≤
输出信号形式
脉冲（频率）
七位格雷码（或电位器）
工作电压
DC5V（或12V）
DC5V（或12V）
工作电流
5mA
70mA
加热器功率
无加热
抗风强度
＞80mS
最大高度
270mm
252mm
最大回转半径
113mm
440mm
环境温度
-40℃～+55℃
环境湿度
100%RH
2、日照时数传感器
日照时数定义：
为太阳直接辐照度达到或超过120W/m2时间段的总和，以小时为单位，取一位小数。
日照时数也称实照时数。
日照传感器主要有：
直接辐射表、双金属片日照
传感器与旋转式日照传感器等。
灵敏度
7-14µV/W/m2
时间响应
小于10秒（99%）
内阻
400Ω
稳定性
±2%
余弦
≤+10%（晴天太阳高度为10°时，对理想值的偏差
光谱范围
温度特性
±2％（-20℃～+60℃）
信号输送距离
150米
信号输出
0～20mV
九、主要设备清单
序号
名称
型号规格
数量
电池组件
及支架
ZJ-240
6240个
1
太阳电池组件
JN-240
6240块
3
光伏阵列防
雷汇流箱
SPV-16
21台
3
直流防雷
配电柜
SDCPG-3（500KW）
3台
4
光伏并网
逆变器
SG500K3
3台
5
多机版监
控软件
SPS－PVNET
1套
6
工控机
EBOX746-EFL
1台
7
液晶显示器
三星19寸
1台
8
环境监测仪
SSYW-01
1台
9
15KV升压站
10/0.4KV（1MWp）
1套
10
系统的防雷和接地装置
－
1套
11
土建及配电等基础设施
－
若干
12
系统连接电缆线及防护材料
－
若干
13
总价
十：
案例及图片
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