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光伏电站设计•实例说明光伏电站的设计•光伏并网对电网的影响一.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)以敦煌某8MWp并网电站为例接线箱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-G8二.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.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.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6882.571910.575.242.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。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%.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%.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%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.表5-1.敦煌8MWp并网光伏发电系统发电量测算表(单位:万kWh)说明:1.此表根据敦煌地区的气象资料,按系统效率77%计算.2.根据有关资料,单轴跟踪比固定倾角增加约20%,双轴跟踪比固定倾角增加30%以上.月份水平固定固定倾角40°每月调节倾角单轴跟踪双轴跟踪1578994106.8115.72679496112.8122.239912012014415641011101101321435146148154177.6192.46146142151170.4184.67137137144164.4178.18127137139164.4178.19100121121145.2157.31082117118140.4152.111589398111.6120.912508490100.8109.2全年1170139214351670181010011912314315584100103120130相对百分比(%)65777992100表5-2.敦煌太阳辐射及8MWp并网光伏系统发电量测算表(单位:万kWh)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月全年水平辐射(kWh/㎡)9310916216523823822420716313495821910400斜面辐射(kWh/㎡)1461531961792412322232231981901521372270预测发电量(万千瓦时)8994120110148142137137121117938413921月2月4月11月9月10月5月6月8月12月7月3月太阳辐射量(kWh/㎡)预测发电量(万.千瓦时)50100150200250050100150200250014615319617924123222322319819015213789941201101481421371371211179384发电量(40°倾角)40°倾斜面太阳辐射水平面太阳辐射敦煌太阳辐射量及8MWp并网光伏系统发电量与月份关系曲线五.技术设计实例完整的系统设计方案应