10MWp太阳能电站设计方案

10兆瓦太阳能电站设计方案2011-7-2510兆瓦的太阳能光伏并网发电系统，推荐采用分块发电、集中并网方案，将系统分成10个1兆瓦的光伏并网发电单元，分别经过0.4KV/35KV变压配电装置并入电网，最终实现将整个光伏并网系统接入35KV中压交流电网进行并网发电的方案。本系统按照10个1兆瓦的光伏并网发电单元进行设计，并且每个1兆瓦发电单元采用4台250KW并网逆变器的方案。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜，然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4KV/35KV变压配电装置。（一）太阳能电池阵列设计1、太阳能光伏组件选型（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15%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，每瓦售价约36-40元。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，每瓦售价约34-36元。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165WP太阳能光伏组件，全部为国内封装组件，其主要技术参数见下表：2、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。（1）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。(2)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。（3）交流并网效率η3：从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95%计算。（4）系统总效率为：η总＝η1×η2×η3＝85%×95%×95%=77%3、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β30°34°36°38°40°42°44°46°50°1月136.5140.5142.3144145.6147148.3149.4151.42月146.7149.8151.1152.3153.4154.3155.1155.7156.53月193.1194.7195.3195.8196.1196.2196.1196195.14月180.4180.2179.9179.4178.9178.9178.2177.4176.45月247.8245.6244.3242.7240.9239236.9234.5229.36月241.6238.5236.7234.7232.5230.1227.5224.8218.77月230.7228.1226.5224.7222.7220.5218.1215.5209.88月226.2225.2224.5223.5222.3220.9219.3217.5213.39月196.3197.6198198.2198.2198.1197.7197.2195.510月181.9185.5187.1188.4189.6190.6191.4192192.611月142.3146.6148.5150.3151.9153.4154.7155.9157.812月127.4131.7133.7135.5137.2138.8140.3141.6143.8全年2251.32264.72268.42270227022682263225722394、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=560/23.5±0.5=24（块），这里考虑温度变化系数,取太阳能电池组件18块串联,单列串联功率P=18×165Wp=2970Wp；单台250KW逆变器需要配置太阳能电池组件串联的数量Np=250000÷2970≈85列，1兆瓦太阳能光伏电伏阵列单元设计为340列支路并联，共计6120块太阳能电池组件，实际功率达到1009.8KWp。整个10兆瓦系统所需165Wp电池组件的数量M1=10×6120=61200（块），实际功率达到10.098兆瓦。该工程光伏并网发电系统需要165Wp的多晶硅太阳能电池组件61200块,18块串联,3400列支路并联的阵列。5、太阳能光伏阵列的布置（1）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:D=0.707H/tan〔arcsin(0.648cosΦ-0.399sinΦ)〕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。27001735550055002700173517352700（2）太阳能光伏组件阵列单列排列面布置见下图：（三）直流配电柜设计每台直流配电柜按照250KWp的直流配电单元进行设计，1兆瓦光伏并网单元需要4台直流配电柜。每个直流配电单元可接入10路光伏方阵防雷汇流箱，10兆瓦光伏并网系统共需配置40台直流配电68270013161009921955612345611234562123456101234569器1单元柜。每台直流配电柜分别接入1台250KW逆变器，如下图所示：直流配电柜每个1MW并网单元可另配备一套群控器（选配件），其功能如下：（1）群控功能的解释：这种网络拓朴结构和控制方式适合大功率光伏阵列在多台逆变器公用可分断直流母线时使用，可以有效增加系统的总发电效率。（2）当太阳升起时，群控器控制所有的群控用直流接触器KM1～KM3闭合，并指定一台逆变器INV1首先工作，而其他逆变器处于待机状态。随着光伏阵列输出能量的不断增大，当INV1的功率达到80%以上时，控制直流接触器KM2断开，同时控制INV3进行工作。随着日照继续增大，将按上述顺序依次投入逆变器运行；太阳落山时，则按相反顺序依次断开逆变器。从而最大限度地减少每台逆变器在低负载、低效率状态下的运行时间，提高系统的整体发电效率。（3）群控器可以通过RS485总线获取各个逆变器的运行参数、故障状态和发电参数，以作出运行方式判断。（4）群控器同时提供友好的人机界面。用户可以直接通过LCD和按键实现运行参数察看、运行模式设定等功能。（5）用户可以通过手动方式解除群控运行模式。（6）群控器支持至少20台逆变器按照群控模式并联运行。（四）太阳能光伏并网逆变器的选择此太阳能光伏并网发电系统设计为10个1兆瓦的光伏并网发电单元，每个并网发电单元需要4台功率为250KW的逆变器，整个系统配置40台此种型号的光伏并网逆变器，组成10兆瓦并网发电系统。选用性能可靠、效率高、可进行多机并联的逆变设备，本方案选用额定容量为250KW的逆变器，主要技术参数列于下表：表13250KW并网逆变器性能参数表容量250KW隔离方式工频变压器最大太阳电池阵列功率275KWp最大阵列开路电压900Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围450Vdc～880Vdc最大阵列输入电流560AMPPT精度99％额定交流输出功率250KW总电流波形畸变率4%（额定功率时）功率因数0.99效率94%允许电网电压范围（三相）320V～440AC允许电网频率范围47～51.5Hz夜间自耗电50W保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、欠压及过压保护等通讯接口（选配）RS485或以太网使用环境温度－20℃～＋40℃使用环境湿度0～95%尺寸（深×宽×高）mm800×1200×2260噪音≤50dB防护等级IP20（室内）电网监控按照UL1741标准电磁兼容性EN50081,part1；EN50082,part1电网干扰EN61000-3-41、性能特点选用光伏并网逆变器采用32位专用DSP(LF2407A)控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，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技术性能特点如下：（1）采用32位DSP芯片进行控制；（2）采用智能功率模块（IPM）；（3）太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT)；（4）50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；（5）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。（6）有先进的孤岛效应检测方案；（7）有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；（8）直流输入电压范围(450V～880V)，整机效率高达94%；（9）人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（大于50条），总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。（10）逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能；（11）可提供包括RS485或Ethernet（以太网）远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet（以太网）接口支持TCP/IP协议，支持动态(DHCP)或静态获取IP地址；（12）逆变器具有CE认证资质部门出具的CE安全证书。2、电路结构250KW并网逆变器主电路的拓扑结构如上图所示，并网逆变电源通过三相半桥变换器，将光伏阵列的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三相变压器隔离升压后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧加入了先进的MPPT算法。（五）交流防雷配电柜设计按照2个250KWp的并网单元配置1台交流防雷配电柜进行设计，即每台交流配电柜可接入2台250KW逆变器的交流防雷配电及计量装置，系统共需配置20台交流防雷配电柜。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。（六）交流升压变压器并网逆变器输出为三相0.4KV电压，考虑到当地电网情况，需要采用35KV电压并网。由于低压侧电流大，考虑线路的综合排部，选用5台S9系列（0.4）KV/（35-38.5）KV,额定容量2500KVA升压变压器分支路升压，变压器技术参数如下：表14变压器技术参数表项目单位参数额定容量KVA2000额定电压高压KV35±5%低压KV0.4损耗空载KW3.2负载KW20.7空载电流%0.8短路阻抗%6.5重量油T1.81变压器身T4.1总重T7.95外形尺寸长×宽×高（mm）2850×1820×3100轨距mm1070（七）系统组成方案原理框图1000KWp接线逆变器0.4KV低压配电箱高压合闸及防雷1000KWp接线逆变器1000KWp接线逆变器1000KWp接线逆变器DCAC5台35KV/0.4KV变压器（八）系统接入电网设计本系统由10个1兆瓦的光伏单元组成，总装机10兆瓦，太阳能光伏并网发电系统接入35KV/50Hz的中压交流电网，按照2兆瓦并网单元配置1套35KV/0.4KV的变压及配电系统进行设计，即系统需要配置5套35KV/0.4KV的变压及配电系统。每套35KV中压交流电网接入方案描述如下：1、系统概述2、重要单元