1MW太阳能发电并网方案.docx
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1MW太阳能发电并网方案
1MWp太阳能光伏并网电站工程
一、总体设计方案
针对1MWp的太阳能光伏并网发电系统项目，建议采用分块发电、集中并网方案，将系统分成4个250KW的并网发电单元，每个250KW的并网发电单元都接入10KV升压站的0.4KV低压配电柜，经过0.4KV/10KV（1250KVA）变压器升压装置，最终实现整个并网发电系统并入10KV中压交流电网。
本方案推荐采用235WP（35V）单晶太阳能光伏组件，1M瓦共需4256块，实际装机容量1.00016MW。
235Wp组件开路电压为45V左右，工作电压为35V。
光伏阵列分4个主方阵，每个主方阵容量250.04KW，共1064块组件。
14块为一个子串列，共76串。
每台逆变器的交流输出接入交流配电柜，经交流断路器接入升压变压器的0.4KV侧，并配有逆变器的发电计量表。
每台交流配电柜装有交流电网电压表和输出电流表，可以直观地显示电网侧电压及发电电流。
并网逆变器输出为三相0.4KV电压，如果学校自用，可以不用升压变压器。
本方案为采用升压变压器，并入10KV电网。
考虑到当地电网情况，需要采用10KV电压并网。
由于低压侧电流大，考虑线路的综合排布，选用1台额定容量1500KVA升压变压器升压。
综上所述，本系统主要由太阳能电池组件、光伏阵列防雷汇流箱、直流防雷配电柜、光伏并网逆变器和10KV升压站所组成。
另外，系统应配置1套监控装置，用来监测系统的运行状态和工作参数。
二、统原理框图
三、相关规范和标准
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
四、设计过程
4.1并网逆变器
此次光伏并网发电系统设计为4个250KW并网发电单元，每个250KW并网发电单元配置1台型号为SG100K3并网逆变器，整个系统配置4台SG250K3并网逆变器，组成1MWp并网发电系统。
SG250K3由阳光电源股份有限公司生产，其并网逆变器的参数如下：
应用范围
逆变器
品牌
Sungrow
型号
SG250K3
频率特性
低频
电源相数
三相
铁心形状
风冷
冷却形式
充气式
铁心结构
心式
防潮方式
密封式
冷却方式
风冷式
外形结构
立式
效率（η）
97.3%
额定功率
250（KVA）
4.1.1SG250K3性能特点简介
概述：
SG250K3采用低频隔离变压器设计。
输入电压的范围大，保证了接入的光伏阵列有了更多的组合方式。
采用光纤隔离技术，抗干扰能力强。
优化的电路和结构设计，提高系统散热效率，增强系统稳定性。
增强的防护功能，相比教于普通逆变器，增加了直流接地故障保护。
专为大型光伏并网电站设计。
性能特点：
·满足德国要求的有功功率降额（100%，60%，30%，0%）功能
·无功功率可调，功率因数范围超前0.95至滞后0.95
·最高转换效率达97.3%
·模块化设计，方便安装与维护
·适应严酷的电网环境
·辅助电加热（可选）
·适应高海拔应用<6000米（超过3000米需降额使用）
·德国威图机柜
·低电压穿越功能
·意大利DK5940认证，欧盟CE认证、金太阳认证
通讯：
·RS485/以太网/GPRS通讯接口
·电脑监控软件
安全：
·完善的保护功能：
过压保护，短路保护，孤岛保护，过热保护，过载保护，直流接地保护
·符合标准：
EN61000-6-2，EN61000-6-4，EN50178，RD1663/2000
4.1.2SG250K3电路结构
4.1.3技术指标
技术参数：
型号
SG250K3
直流侧参数
最大直流电压
900Vdc
启动电压
470V
满载MPP电压范围
450~820V
最低电压
450V
最大直流功率
275kWp
最大输入电流
600A
交流侧参数
额定输出功率
250kW
最大交流输出电流
397A
额定电网电压
400Vac
允许电网电压
310~450Vac
额定电网频率
50Hz~60Hz
允许电网频率
47~51.5Hz/57~61.5Hz
总电流波形畸变率
<3%（额定功率）
直流电流分量
<0.5%（额定输出电流）
功率因素
0.95（超前）~0.95（滞后）
系统
最大效率
97.3%（含变压器）
欧洲效率
96.7%（含变压器）
防护等级
IP20（室内）
夜间自耗电
<100W
允许环境温度
-25~+55℃
冷却方式
风冷
允许相对湿度
0~95%，无冷凝
允许最高海拔
6000米（超过3000米需降额使用）
显示与通讯
显示
触摸屏
标准通讯方式
RS485
可选通讯方式
以太网
机械参数
外形尺寸（宽x高x深）
1800x2180x850mm
净重
2100kg
4.1.4并网逆变器图片
4.2太阳能电池组件
目前在光伏并网系统中，特别是在大型光伏电站中，普遍选用具有较大功率的太阳能电池组件，本系统可选用单块235Wp（35V）单晶硅太阳能电池组件，其工作电压为35V，开路电压约为45V。
当然，也可选用其它类型的太阳能电池组件。
SG250K3并网逆变器的直流工作电压范围为：
450Vdc～880Vdc，最大开路电压900V。
经过计算:
450V/35V=12.86,
820V/35V=23.4,得出：
每个光伏阵列可采用13-25块电池组件串联。
本方案选14个电池组件串联。
每个光伏阵列的峰值工作电压：
14×35=490V，开路电压：
630V，满足逆变器的工作电压范围。
对于每个250KW并网发电单元，需要配置1064块235Wp电池组件，组成4个光伏阵列。
整个1MWp并网系统需配置4256块235Wp电池组件。
每个主方阵容量250.04KW，共1064块组件。
14块为一个子串列，共76串。
一个主方阵太阳电池组件布置为19个2*28子阵列，2*28子阵列布置图如下图所示：
4.3光伏阵列汇流箱
SPV-16光伏阵列汇流箱由南京特玛亨能源科技有限公司生产，主要特点如下：
大大简化了系统布线和不必要的损耗；
最大可接入16路光伏串列，单路最大电流10A；
宽直流电压输入，光伏阵列最高输入电压可达1000VDC；
光伏专用保险丝；
光伏专用高压防雷器；
满足室内、室外安装要求；
可实现多台机器并联运行；
维护简易、快捷；
远程监控（选配）；
防护等级IP65；
【可选配置】
RS485/RS232远程监控；内部配置：
国产/进口； 光伏专用高压防雷；
LED监控各路光伏串列电流； 可定制二级防雷汇流箱；
【技术参数】
光伏阵列输入
输入电压范围（VDC）
200VDC~1000VDC
允许输入路数（N）
16路（按客户需求定制）
单路阵列最大电流（A）
10
通信、保护
远程监控
RS485
输出控制
高压断路器
保护功能
阵列防反、高压防雷、过流保护、机器过热
机械尺寸、工作环境
尺寸（深x宽x高）
550x 650x220
参考重量（Kg）
25
防护等级
IP65
使用海拔（m）
≤3000
温度范围（℃）
-20~+65
工作原理图如下：
4.4直流防雷配电柜
太阳电池阵列通过光伏阵列防雷汇流箱在室外进行汇流后，通过电缆接至配电房的直流防雷配电柜再进行一次总汇流，每个250KW并网单元配置5台光伏阵列防雷汇流箱。
每台直流防雷配电柜按照1个250KW直流配电单元进行设计，每个直流配电单元接入5台光伏阵列防雷汇流箱，汇流后接至SG250K3逆变器。
整个并网系统需配置4台直流防雷配电柜。
直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示：
直流防雷配电柜的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，防雷器选用菲尼克斯品牌。
4.5交流配电柜
简化系统布线,操作简单、维护方便，提高系统可靠性、安全性，选用ABB断路器，菲尼克斯防雷器等高品质器件。
交流配电柜的性能特点如下：
交流配电柜主要满足交流配电，方便逆变器交流接入的汇流；
交流配电柜输入输出配置交流断路器，方便维护和操作；
交流输出母线配置电度表，实现对并网发电系统的计量；
交流输出母线安装交流防雷器，防止感应雷对设备造成损坏；
交流配电柜可根据系统实际要求定制，交流输出母线可根据系统需要进行分段，原理框图如下：
在本方案中有4个交流配电单元。
4.5系统接入电网设计
（1）系统概述
本方案采用的SG250K3并网逆变器适合于直接并入三相低压交流电网（AC380V/50Hz），由于整个系统需要并入10KV的交流中压电网，所以本系统需配置1套10KV升压站，该升压站主要包含10KV主变（0.4/10KV,15000KW）、10KV开关柜、0.4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置。
（如果发电为学校自用，可以不用10KV主变压器和10KV开关柜）。
系统配置4台SG250K3并网逆变器的交流输出直接接入交流配电柜的0.4KV开关柜，经交流低压母线汇流后通过10KV主变（0.4/10KV,1MWp）接入高压的10KV开关柜，并入10KV中压交流电网，从而最终实现系统的并网发电功能。
本系统的10KV中压交流电网电气原理框图如下：
（2）重要单元的选择
①10/0.4KV配电变压器的保护
10/0.4KV配电变压器的保护配置采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器。
系统中采用的负荷开关,通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关。
变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。
这是一种简单、可靠而又经济的配电方式。
✧开合空载变压器的性能好。
本系统中10KV接入配电的负荷为1MWp的10/0.4KV配电变压器，其空载电流一般为额定电流的2%左右。
✧有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。
有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。
为了不破坏油箱体，必须在20ms内切除故障。
如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器。
而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。
因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。
✧从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，没有必要在接入柜中采用断路器，这是因为10KV配电网络的首端断路器（即110kV或220kV变电站的10KV馈出线断路器）的保护设置一般为：
速断保护的时间为0s，过流保护的时间为0.5s，零序保护的时间为0.5s。
若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。
✧高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。
高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流（通常为熔断器额定电流的2～3倍）到最大开断容量之间。
限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。
如果采用断路器作保护。
必定使其它电器如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。
在这里，同时需要注意在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。
②高遮断容量后备式限流熔断器的选择
由于光伏并网发电系统的造价昂贵，在发生线路故障时，要求线路切断时间短，以保护设备。
熔断器的特性及使用作为线路保护的优缺点分析。
选用性能优良的熔断器，如美国S＆C公司的熔断器及熔丝，可以把该熔断器作为线路保护，和并网逆变器以及整个光伏并网系统的保护使用，并通过选择合适的熔丝曲线和配合，实现上级熔断器与下级熔断器及熔断器与变电站保护之间的配合。
线路安装熔断器保护后，为了实现熔断器保护与变电站内线路保护之间的配合，必须对站内线路保护的电流定值和时间做出调整，把线路电流速断保护动作时间延时0.1s，过电流时间取0.5s，保护定值做如下调整：
根据线路负荷情况选定熔丝大小，根据熔丝的熔断曲线，选择熔丝在0.5s以内熔断的电流值，作为线路的过电流保护定值，核对该定值能可靠躲过线路最大负荷并在最小运行方式下，线路末端两相短路时有足够的灵敏度（该灵敏系数≥1.5时，过流保护定值即为合格）。
在满足以上条件的前提下适当提高线路过电流保护定值，以保证故障电流达到过电流定值时，熔丝熔断，而断路器不需要跳闸。
根据该熔丝熔断曲线，选择熔丝在0.1s以内熔断的电流值，作为线路的电流速断保护定值，核对该定值在最小运行方式下，10KV母线两相短路时的灵敏度（该灵敏系数≥2时，速断值即为合格）。
在满足以上条件的前提下适当提高线路速断保护定值，以保证故障电流达到速断定值时，熔丝熔断，变电站断路器不跳闸。
对于10KV线路保护，《3-110kV电网继电保护装置运行整定规程》要求：
除极少数有稳定问题的线路外，线路保护动作时间以保护电力设备的安全和满足规程要求的选择性为主要依据，不必要求速动保护快速切除故障。
通过选用性能优良的熔断器，能够大大提高线路在故障时的反应速度，降低事故跳闸率，更好地保护整个光伏并网发电系统。
（3）中压防雷保护单元
该中压防雷保护单元选用复合式过电压保护器，可有效限制大气过电压及各种真空断路器引起的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。
该复合式过电压保护器不但能保护截流过电压、多次重燃过电压及三相同时开断过电压，而且能保护雷电过电压。
过电压保护器采用硅橡胶复合外套整体模压一次成形，外形美观，引出线采用硅橡胶高压电缆，除四个线鼻子为裸导体外，其他部分被绝缘体封闭，故用户在安装时，无需考虑它的相间距离和对地距离。
该产品可直接安装在高压开关柜的底盘或互感器室内。
安装时，只需将标有接地符号单元的电缆接地外，其余分别接A、B、C三相即可。
设置自控接入装置对消除谐振过电压也具有一定作用。
当谐振过电压幅值高至危害电气设备时，该防雷模块接入电网，电容器增大主回路电容，有利于破坏谐振条件，电阻阻尼震荡，有利于降低谐振过电压幅值。
所以可以在高次谐波含量较高的电网中工作，适应的电网运行环境更广。
另外，该防雷单元可增设自动控制设备，如放电记录器，清晰掌控工作动作状况。
可以配置自动脱离装置，当设备过压或处于故障时，脱离开电网，确保正常运行。
（4）中压电能计量表
中压电能计量表是真正反应整个光伏并网发电系统发电量的计量装置，其准确度和稳定性十分重要。
采用性能优良的高精度电能计量表至关重要。
为保证发电数据的安全，建议在高压计量回路同时装一块机械式计量表，作为IC式电能表的备用或参考。
该电表不仅要有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
同时，该电表还可以提供灵活的功能：
显示电表数据、显示费率、显示损耗（ZV）、状态信息、警报、参数等。
此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改。
通过光电通讯口，还可以处理报警信号，读取电表数据和参数。
【注】
对于本系统的10KV变电站，应具有高压设计的专业设计人员进行设计。
4.6系统监控装置
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，连续每天24小时不间断对所有并网逆变器的运行状态和数据进行监测。
（1）监控主机的照片和系统特点如下：
✧嵌入式低功耗Eden处理器；
✧带LCD/CRTVGA；
✧以太网口；
✧RS232/RS485通讯接口；
✧USB2.0；
✧256M内存（可升级）；
✧40G笔记本硬盘（可升级）；
✧工控机和所有光伏并网逆变器之间的通讯采用RS485总线通讯方式。
（2）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：
1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。
2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、逆变器机内温度
G、时钟
H、频率
J、当前发电功率
K、日发电量
L、累计发电量
M、累计CO2减排量
N、每天发电功率曲线图
3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、散热器过热；
J、逆变器孤岛；
K、DSP故障；
L、通讯失败；
（3）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、室外和室内环境温度和电池板温度等参量。
（4）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年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。
（5）可提供中文和英文两种语言版本。
（6）可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS2000，XP操作系统。
（7）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。
（8）显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果.
4.7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：
该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，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。
4.8系统防雷接地装置
为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。
系统的防雷接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：
（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用10mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。
（2）在配电室附近建一避雷针，高15米，并单独做一地线，方法同上，配电室在地下室不需要避雷针。
（3）直流侧防雷措施：
电池支架应保证良好的接地，太阳能电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。
（3）交流侧防雷措施：
每台逆变器的交流输出经0.4KV开关柜接入电网，10KV变电站应配置防雷装置，有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，且所有的机柜要有良好的接地。
【注】:
对于本系统的防雷及接地装置，应由专业设计人员进行设计。
五、系统主要设备配置清单
序号
名称
型号规格
数量
单价
总价
备注
电池组件及支架
ZJ-235
4256个
预计300元
127.7万
用户自备
1
太阳电池组件
JN-235
4256块
212欧元/块
90.3万欧元
用户自备
3
光伏阵列防雷汇流箱
SPV-16
20台
南京特玛亨能源科技有限公司
3
直流防雷配电柜
SDCPG-3（300KW）
4台
合肥阳光
4
光伏并网逆变器
SG250K3
4台
合肥阳光
5
多机版监控软件
SPS－PVNET
1套
合肥阳光
6
工控机
EBOX746-EFL
1台
合肥阳光
7
液晶显示器
三星19寸
1台
合肥阳光（也可自备）
8
环境监测仪
SSYW-01
1台
合肥阳光
9
10KV升压站
10/0.4KV（1MWp）
1套
自备（向变压器厂定制）
10
系统的防雷和接地装置
－
1套
用户自备
11
土建及配电等基础设施
－
若干
用户自备
12
系统连接电缆线及防护材料
－
若干
150万元左右
自备（据现场情况来定）
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