3 光伏电站设计、运行

ClicktoeditMastertitlestyle1华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资华北电力大学可再生能源学院能源工程及自动化教研室华北电力大学太阳能中心朱红路.Email:[e-mail],cn光伏电站设计、运行DesignandOperationofPhotovoltaicPlantsClicktoeditMastertitlestyle2华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资•实例说明光伏电站的设计•大型光伏电站的系统组成•大型光伏电站的施工•光伏并网对电网的影响ClicktoeditMastertitlestyle3华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资光伏电站的设计•敦煌ClicktoeditMastertitlestyle4华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资一.总体技术方案“集中安装建设,多支路上网”●在电气线路上,分为8个独立的1MWp分系统,分别发电上网;●1MWp分系统包括5个200kWp的发电单元、一台1000kVA变压器;●每个发电单元由200kWp组件、200kVA并网逆变器组成,输出0.4kV三相交流电.特点:●每个200kWp的发电单元即是一个低压并网光伏发电系统*直接并网给用户供电,*经变压器升压后并入高压电网●8个独立的1MWp并网光伏分系统之间没有任何电气联系.*可分别实施工程建设及运行与维护管理;*局部故障检修时不影响整个系统的运行.●可灵活地以各种“交钥匙工程”方式进行项目建设:*整体承包、分系统承包、单个发电单元分包等.●便于进行各种不同元器件设备、不同技术设计的技术经济性能评估.*国产设备和进口设备;*晶体硅、非晶硅、及其他组件;*不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等)ClicktoeditMastertitlestyle5华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCACSG-1图1.单个发电单元原理框图0.4kV低压配电柜0.4kV/35kV1000kVA变压器35kV电网输出35kV高压合闸及防雷SG-1SG-5SG-4SG-3SG-2接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCACHV-G1图21MWp并网光伏发电分系统原理框图ClicktoeditMastertitlestyle6华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资图38MWp并网光伏发电系统原理总框图35kV电网0.4kV低压配电柜0.4kV/35kV1000kVA变压器输出35kV高压合闸及防雷SG-1SG-5SG-4SG-3SG-2接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCACHV-G10.4kV低压配电柜0.4kV/35kV1000kVA变压器输出35kV高压合闸及防雷SG-36SG-40SG-39SG-38SG-37接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCAC接线箱200kVA逆变器200kWp方阵DCACHV-G2HV-G3HV-G4HV-G5HV-G7HV-G6HV-G8ClicktoeditMastertitlestyle7华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资二.系统构成●光伏阵列:包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等)、接线箱、电缆电线等;●直流-交流逆变设备:包括直流屏、配电柜、并网逆变器等;●升压并网设施:包括升压变压器、户外真空断路器、高压避雷器等;●控制检测系统:包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设备等;●附属设施:防雷及接地装置、清洁设备、厂房及办公室、围栏、通道及道路等.ClicktoeditMastertitlestyle8华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资三.主要设备及其主要技术要求█太阳电池组件:◆总容量8MWp.优选晶体硅组件.适量试用其他组件.█支承结构:◆足够的强度;防腐蚀.█并网逆变器:◆有最大功率跟踪(MPPT)功能;效率＞93％.█升压变压器:█控制检测及远程信息交换:◆采集并记录运行数据，如气象资料、电性能参数、设备工作状态等;◆执行相关的控制操作,如切合逆变器的输出、太阳电池方阵的输出,◆有自动跟踪时太阳电池方阵的跟踪控制等;◆系统故障的自动保护功能,记录并保存故障信息,发送报警信号;◆遥控、遥测等远程信息交换功能.█机房与办公室:█防雷及接地保护:◆符合国家标准规定的技术要求;◆直流侧与交流侧都需有接地保护;◆有足够的防雷保护范围,并且不得遮挡光电场的太阳辐射.█场地道路:█防护围栏:◆足够的高度和强度以满足防护要求;◆距光伏方阵有一定的距离以免遮挡光电场的太阳辐射.ClicktoeditMastertitlestyle9华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资四.发电量预测1.气象资料表2.敦煌地区太阳辐射数据表月份月辐射总量(MJ/m2)月辐射总量(kWh/m2)日平均辐射量(kWh/m2)白天最高温度(℃)夜间最低温度(℃)1334.0892.873.095.5-18.02390.51108.563.8814.1-16.03582.79162.025.2324.8-11.84595.01165.415.5127.5-5.85857.34238.347.6935.55.66856.88238.217.9436.59.97805.45223.927.2239.713.68744.97207.106.6837.910.39587.63163.365.4531.63.210481.11133.754.3125.1-1.411341.2094.853.1614.3-8.312295.6082.182.6517-26.4合计6882.571910.575.24ClicktoeditMastertitlestyle10华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资2.倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量:从气象站得到的资料,一般为水平面上的太阳辐射量,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统发电量的计算.计算日辐射量的公式:Rβ=S×[sin(α-β)/sinα]+D式中;Rβ—倾斜方阵面上的太阳总辐射量D—散射辐射量,假定D与斜面倾角无关;S—水平面上的太阳直接辐射量β—方阵倾角α—中午时分的太阳高度角.对于北半球地理纬度=Φ的地区,α与太阳赤纬角δ的关系如下:α=900-φ+δ其中,δ=23.45*sin[360*(284+N)/365](度),N为一年中某日的日期序号，如1月1日的N=1,2月1日的N=32,12月31日的N=365等。ClicktoeditMastertitlestyle11华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资倾角β25°30°34°36°38°40°42°44°46°50°55°1月130.8136.5140.5142.3144145.6147148.3149.4151.41532月142.2146.7149.8151.1152.3153.4154.3155.1155.7156.5156.83月190.1193.1194.7195.3195.8196.1196.2196.2196195.1193.24月179.9180.4180.2179.9179.4178.9178.2177.4176.4174.1170.55月249.3247.8245.6244.3242.7240.9239236.9234.5229.3221.96月244.2241.6238.5236.7234.7232.5230.1227.5224.8218.7210.17月232.8230.7228.1226.5224.7222.7220.5218.1215.5209.8201.78月226.2226.2225.2224.5223.5222.3220.9219.3217.5213.32079月193.5196.3197.6198198.2198.2198.1197.7197.2195.5192.410月176.4181.9185.5187.1188.4189.6190.6191.4192192.6192.311月136.2142.3146.6148.5150.3151.9153.4154.7155.9157.8159.412月121.4127.4131.7133.7135.5137.2138.8140.3141.6143.8145.8全年2223.52251.32264.72268.42270227022682263225722392205表3.敦煌地区不同角度倾斜面的太阳辐射量表(kWh/m2)(纬度=40.6°)从表中可以看出:+倾角等于38°时,全年所接收到的太阳辐射能最大,比水平面的数值高约18.7%.++倾角在36~42°之间(即β=0.9~1.05Φ)时,全年太阳辐射量差别不大.+++即使倾角在30°~50°之间改变,对倾斜面太阳辐射量的影响也不超过1.5%.ClicktoeditMastertitlestyle12华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月全年倾角β60°55°42°30°20°15°20°30°40°50°60°65°辐射量(kWh/m2)1541571961802502462342261981931601472341表4.敦煌地区各月最佳倾角的角度及对应太阳辐射量表(kWh/m2)每月改变一次角度,使斜面处于最佳倾角位置,全年所接收到的太阳能比固定倾角为38°安装的倾斜面所接收到的太阳能大约高3%.ClicktoeditMastertitlestyle13华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资3.并网光伏系统的效率分析1).光伏阵列效率η1:◆光伏阵列在1000W/㎡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与传输过程中的损失包括:▂组件匹配损失:对于精心设计、精心施工的系统,约有4%的损失;▃太阳辐射损失:包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值5%;▅偏离最大功率点损失:如温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等.取值4%;█直流线路损失:按有关标准规定,应小于3%.得:η1=96%×95%×96%×97%=85%2).逆变器的转换效率η2:◆逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比.对于大型并网逆变器,可取η1=95%.3).交流并网效率η3:◆从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中最主要的是变压器的效率.可取η3=5%.●系统的总效率等于上述各部分效率的乘积:η=η1×η2×η3=85%×95%×95%=77%ClicktoeditMastertitlestyle14华北电力大学能源工程及自动化教研室光伏电站与投资4.敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算:●依据:◆敦煌地区太阳辐射量◆系统组件总功率8MWp◆系统效率77%●光伏阵列倾角等于40°,固定式安装:◆年发电量约1,392万千瓦小时;◆25年的总发电量约为3.2亿千瓦小时,年平均发电1,280万千瓦小时(按25年输出衰减15%计算).●每月调节一次倾角的情况下,全年总发电量比40°固定倾角时增加3%.●有关资料表明:◆单轴跟踪阵列比固定倾角安装的年发电量增加约20%,◆双轴跟踪比固定倾角安装年发电量增加30%以上.Clic