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光伏发电系统基本介绍及设计方案江苏金思源电力科技有限公司一、光伏并网发电系统示意图1、典型光伏发电系统示意图2、光伏发电系统（带储能系统）示意图二、并网光伏电站基本构架离网太阳能光伏电站未与公电网相联接独立供电的太阳能光伏电站。主要应用于远离公共电网的地区和一些特殊场所，如为边远偏僻农村、海岛、农牧渔民提供照明等基本的生活用电，为通信中继站、边防哨所等特殊处所提供电源。1、概述太阳能光伏电站按照运行方式可分为:并网太阳能光伏电站与公共电网相联接且共同承担供电任务的太阳能光伏电站。它是太阳能光伏发电进入大规模商业化发电阶段、成为电力工业组成部分的重要发展方向，是当今世界太阳能光伏发电技术发展的主流趋势。2、光伏并网发电系统的组成部分太阳能电池组件汇流箱并网逆变器并网接入系统（含升压变压器、高低压、开关柜，计量柜等）控制系统（含自动化监控系统，调度系统、站用直流系统、站用交流系统等）三、并网光伏发电站主要设备参数及设计方案1、光伏电池板组件参数1）太阳能电池分类（目前国内常用商业类）单晶硅电池多晶硅电池非晶体硅薄膜电池2）各种光伏组件基本参数表对照表项目单晶硅电池组件（245W)多晶硅电池组件非晶硅薄膜半透明组件(48W)最大功率Pm(W)24524048W最大功率下工作电压(V)29.9229.7264最大功率下工作电流(I)8.198.480.76开路电压(V)37.6837.5184短路电流(A)8.568.080.96最大系统电压(V)DC1000VDC1000VDC1000V电池片尺寸156×156156×156电池片数量6060电池组件尺寸(cm)1650×990×401650×990×401245×635×7.5电池组件重量(kg)19.514.43）各种电池的性能比较名称转换效率安装方式性能比较单晶硅电池20.4%（2cm×2cm）铝合金边框。适合屋顶、地面大型光伏电站（1）晶体硅太阳能电池组件技术成熟，且产品性能稳定，使用寿命长。（2）商业化使用的太阳能电池组件中，单晶硅组件转换效率最高，多晶硅其次，但两者相差不大。（3）晶体硅电池组件、刚性非晶硅组件故障率极低，运行维护最为简单。（4）晶体硅光伏组件、刚性非晶硅组件安装简单方便。（5）非晶硅薄膜电池在价格、弱光响应，高温性能等方面具有一定的优势，同时容易配合建筑物的整体效果进行造型，但是组件效率较低，在安装场地面积有限情况下，会影响到安装总容量。多晶硅电池14.5%（2cm×2cm）铝合金边框。适合屋顶、地面大型光伏电站非晶硅薄膜电池8.6%（10cm×10cm）无边框，适合与建筑一体化安装2、汇流箱的选型汇流箱的作用：在太阳能光伏发电系统中，为减少光伏电池组件与逆变器之间的连线，同时减少直流电缆的线损，需要在光伏组件安装侧将一定数量的光伏组件进行串、并联，再送入逆变器直流侧。同时在汇流箱内安装直流防雷模块，起到光伏电站的防雷作用。3、光伏逆变器基本功能及技术特性1）基本功能太阳能逆变器是一种功率电子电路，能把太阳能电池板的直流电压转换为交流电压并入公用电网或来驱动当地的交流负载，是整个太阳能发电系统的关键组件。直流滤波器交流滤波器DCACL1L2L3避雷器N逆变器电气回路图完成DC/AC转换的电流连接到电网找出最佳的操作点以优化太阳能光伏系统的效率2）光伏逆变器技术特性光伏并网逆变器技术特性直流侧最大直流功率10--500kWp根据光伏电站的光伏组件安装情况，合理配置逆变器容量MPPT范围230-820V根据光伏组件的工作电压及组串的数量确定逆变器的MPPT电压范围最大直流电压880V目前光伏组件最大系统电压为DC1000V最大直流输入电流750A输入最大功率、MPPT为880V最大输入路数4交流侧额定输出功率10--500kW额定电网电压三相380Vac允许电网电压310-450Vac额定电网频率50Hz允许电网频率47-51.5Hz功率因素≥0.99（额定功率）总电流波形失真率3%（额定功率）夜间损耗30W最大效率96.5%（含变压器）3）保护功能逆变器保护功能孤岛保护同时采用主动式和被动式保护，动作时间小于2s短路保护短路故障，动作时间小于20ms电网恢复自启动2min内启动过流保护当输出电流超过额定电流的150%时，逆变器0.1s内自动保护欠压保护具有电网欠压保护,保护值可设定直流过压保护工作状态下直流电压过压保护，保护值可设定输入极性反接保护当输入端正、负极接反时，逆变器自动保护系统接地保护系统接地时自动保护4、储能变流器（PCS）基本功能及技术特性1）概述储能变流器(简称PCS)双向充放电的并网变流装置，它肩负着充电和电能回馈作用，是储能系统的关键设备之一。当PCS从电网吸收能量时，运行在可控整流状态对蓄电池充电，反之，若变流器向电网馈送能量时，PCS工作于有源逆变状态将蓄电池电能向电网输送。PCS可将夜间的“谷电”或平日富余的电能存储起来以平衡电网峰谷，它不仅可应对电网中断和大面积停电等突发事件，同时，可用于太阳能及风力发电系统中，使其并网发电更稳定。PCS能够适应储能系统不同的充放电控制模式充放电模式可以通过远方或就地进行参数设置，实现恒流和恒功率充放电。PCS的额定功率能满足电池组的额定长时间工作，最大功率能满足电池组的迅速放电能力。2）储能变流PCS在储能系统中的典型应用如图所示，当断开外部电网时，根据调度指令PCS和光伏逆变器可组成独立微网的供电系统，该系统能实现对本地负载的供电。同时，当光伏发电系统发出的电能大于本地负载消耗的电能时，可通过PCS将多出的电能向电池组充电，如果电池组SOC达到100%，则光伏逆变器调节输出功率以稳定三相交流母线的电压；当光伏发电系统发出的电能不能满足本地负载消耗，则PCS转入放电状态向三相母线供应电能以稳定交流母线电压。PCS和光伏逆变器的独立微网运行示意图5、PCS和光伏逆变器的独立微网运行6、PCS并网电流和蓄电池电流控制并网逆变器是整个PCS的核心部件，并网逆变器的性能决定着整个系统的性能。PCS的并网逆变器采用三相全桥逆变器拓扑结构，经并网电抗器与电网相连。PCS实时对蓄电池电流控制，将蓄电池实际电流与设定电流进行比较，通过PI调节给出并网电流参考值。并网电流波形控制要求快速，需要在1个开关周期（80微秒）内实现对目标电流的跟踪。系统控制如图5所示。低电压穿越能力曲线7、低电压穿越智能楼宇光伏发电储能系统并网发电，必须考虑电网发生故障时其运行状态对电网稳定性的影响，低电压穿越能力是一个重要的衡量指标。低电压穿越是指在光伏发电储能系统并网点电压跌落时，系统内的并网设备能够保持有条件的并网，必要时甚至可向电网提供一定的无功功率支持电网恢复。PCS低电压穿越能力曲线如图4所示，在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力，并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，PCS能够保证不脱网连续运行。名称指标备注实测值交流侧参数交流接线方式三相四线三相四线额定输出功率15kVA15kVA输出过载能力22.5kVA23kVA并网充放电模式额定电网电压400V有效值392V允许电网电压310～450V可设定可设定额定电网频率50Hz50.1Hz总电流波形畸变率(THD)4％额定功率时3.5%功率因数0.99额定功率时0.992独立逆变模式输出电压失真度5％线性负载2%额定输出频率50±1％Hz50.1Hz额定直流功率15kW15KW直流电压范围525-767VVdc515-767V额定直流电压672VVdc（未完，接下表）8、PCS技术指标名称内容范围实际值独立逆变模式最大输入电流30AIdc31A额定功率下稳流精度±1％0.86%额定功率下直流电流纹波1％IPP0.6%系统最大转换效率94.0％含变压器94.3%紧急停机有(通过紧急停机按钮)有显示和通信显示触摸屏有标准通信方式RS485、CAN有（接上表）四、监控系统网络结构图五、光伏发电储能系统监控画面监控系统实现对光伏发电系统内所有设备的状态监测和实时控制，并将实时数据远传至电力调度。六、计算机监控系统1、概述数据采集和处理及控制操作功能人机会话功能异常状态报警和提示功能、事件顺序记录（SOE）功能及事故追忆功能自动电压无功控制功能数据通信及数据库管理功能与智能设备接口功能系统自检和恢复功能运行管理及其它应用功能系统安全与维护功能2、SCADA功能描述SCADA功能主要由主机兼操作员站和数据服务器完成。SCADA的基本功能如下：另外，作为智能控制调度系统的SCADA，还具备以下功能：程序化操作：主机兼操作员站发出的控制指令，经安全校核正确后自动完成相关运行方式变化要求的设备控制；具备自动生成不同运行方式下的典型操作流程的功能。1）储能监控功能3、各子系统监控功能在智能监控系统内集成储能PCS和电池本体监控软件，可以对电池本体的监测和对PCS的监控功能监控整个系统的运行状态，根据要求手动或自动向系统发出指令，控制整个系统充放电状态，设定电能曲线通过对三相电压、电流、接触器、断路器等信号进行采样，实时输出波形控制，达到调频、调相、控制功率的功能。通过软件对一组储能模块提供软件保护功能，主要包括过压、欠压、过流、过温、通讯异常、频率等保护功能实现对电池的管理，保障其安全稳定运行，提高供电可靠性可以对BMS和PCS的控制系统下达指令，从而实现所有的本地操作和维护功能在智能监控系统内集成光伏逆变器监控软件，完成对光伏发电系统的监控。主要功能如下：3）环境监测系统（风力、风向、太阳光辐射、温度等）2）光伏监控功能光伏阵列工作点跟踪控制逆变器跟踪负荷控制对于孤岛效应的检测及控制对各自动跟踪系统、汇流箱和逆变器进行监控和管理实时监测电站的运行数据，包括太阳电池组件的电参数、累计电能、太阳辐射强度、直流输入参数、交流输出参数、逆变器运行参数等1、上海汇泰大楼智能楼宇光伏发电微网项目七、典型案例光伏组件采用单晶硅电池组件2、上海市漕溪能源转换基地车棚透光型光伏发电系统采用非晶体硅薄膜电池3、崇明北沿风电场微网项目光伏发电系统采用多晶硅双玻透光光伏组件，墙体外立面垂直安装谢谢!