大型地面電站設計培訓用

南京冠亞電源設備有限公司2012年2月18日大型地面光伏發電技術和系統設計應用工程師:徐學亮冠亞新廠區1、光伏發電的特點

2、地面光伏系統容量規劃

3、光伏發電系統的設計

4、光伏發電系統的安裝與維護（建設階段闡述）；

5、南京冠亞并網逆變器產品簡介

目錄3一、光伏發電的特點取之不盡，用之不竭對環境無污染，零排放隨處可得，就近供電無機械磨損，維護簡單，運行可靠隨機性、波動性、間歇性4反射直射吸收散射456二、目前光伏系統容量規劃系統設計說明：

光伏電站的系統整體設計由光伏發電系統和機電設計兩個部分組成，其中光伏發電系統指從太陽電池組件至逆變器之間的所有電氣設備，包括太陽電池組件、直流接線箱、直流電纜、直流匯流柜、逆變器等；機電部分指從逆變器交流側至電站送出部分的所有電氣、控制保護、通信及通風等。7目前子系統1MW容量說明特點說明：電站采用“集中設計、集中控制、單點并網”的總體技術方案。(1)在電氣線路上，并網系統分為多個獨立的1MWp分系統；(2)每個1MWp分系統包括2個500kWp子系統、1臺1000kVA的升壓變壓器；(3)每個子系統由光伏方陣、直流配電柜、并網逆變器組成，輸出0.27KV三相交流電；(4)光伏電站站用電：站用電源由10kV配電裝置引接（前端可加雙電源切換裝置），容量定為500kVA，站用電用于供給本站內各處照明、暖通、檢修等負荷。8子系統配置說明1MW單元：國內外為主流、為典型應用系統單元：在國內外運行最多、最安全穩定的是1MW為單元，具有成熟的配套元件產品及成熟的電氣保護線路，例如，市場設備廠家，專門提供1MW光伏專用升壓變系統及開關保護設備，此1MW結構采用雙分裂雙繞組變壓器。對于光伏并網發電系統，影響系統的發電量是多方面的，而最直接的影響就是逆變器的效率和升壓變壓器的效率，所以為了提高系統的發電效率，每個1MW并網子站采用2臺單機500KW高效無變壓器型大功率并網逆變器，配置1臺0.27/0.27/35KV雙分裂升壓變壓器，通過一次升壓方案完成35KV上網發電。9示意電氣圖10光伏方陣逆變器500KW光伏方陣逆變器500KW地埋電纜升壓變中壓開關站控制樓直配柜直配柜結構圖11三、光伏發電系統設計1、設計步驟2、逆變器選型及相關介紹3、配電設計（匯流箱設計、直流配電柜設計、監控設計、箱式變設計、高低配電柜設計等）4、電纜連接布線設計5、防雷接地設計6、施工建設流程設計并網光伏發電系統的設計步驟1、在考察的基礎上進行預可行性設計與研究；2、技術方案確定和設備選型（太陽電池、逆變器、監控、其它輔助設備、運行方式等）；3、工程設計：(土建施工方案、抗風能力、防雷接地、電網電氣接入系統)；4、特殊設計：1)對于大型光伏電站：占地計算、場地、基礎、機房、圍欄、自動跟蹤系統等。12逆變器選型及相關介紹逆變器拓撲結構圖可靠性（元器件選擇、保護功能）最大功率點跟蹤技術（MPPT）孤島檢測和防護電網鎖相同步技術輸出電流總諧波控制并網電路拓撲結構并網系統的監控及調度技術13并網逆變器的拓撲結構

（自身不帶隔離變壓器）自帶變壓器(用戶側型)14可靠性并網逆變器的設計要與整個光伏電站系統設計壽命相符合，產品的可靠性、可用性、適應性為重點內容。為此要求逆變器在軟件上、硬件上都要相應做好可靠性設計。1）硬件上：逆變器IGBT模塊、直流輸入開關、交流輸出開關、電容器、散熱風機、濾波器等選型計算及配置（以500KW為例）：逆變器IGBT模塊選型主要考慮IGBT模塊的電壓（及導通壓降等）、電流限值、最高開關頻率等因數；其它設備要考慮電壓電流參數等級及使用壽命，一般廠商選用知名廠商：ABB、LS等。2)軟件上：采用先進數子化DSP技術，周全的保護電路來保障系統安全運行可靠。16IGBT功率模塊

接觸器開關排風機

防雷器

模塊吸收電路-1模塊吸收電路-2

17最大功率點跟蹤技術（MPPT）光伏電池輸出特性隨溫度、光照條件變化而變化。最大功率點跟蹤的過程實質上是一個自尋優過程，即通過微調節光伏電池端電壓來控制最大功率的輸出。要求：快速、準確和穩定孤島現象和防護孤島現象：當電網的部分線路因故障或檢修而停電時，停電線路由所連的并網發電裝置繼續供電，并連同周圍的負載構成一個自給供電的孤島。21鎖相同步與功率調節逆變器本體具有并網鎖相同步技術，具有與遠方指令上行與下傳信息功能。輸出電流總諧波

電流諧波測試電流總諧波電流畸變限值檢驗結果結論〈5%<3.5%奇次諧波電流畸變限值檢驗結果結論3次~9次<4.0%2.21%11次~15次<2.0%0.27%17次~21次<1.5%0.07%23次~33次<0.6%0.16%偶次諧波電流畸變限值檢驗結果2次~8次<1.0%0.15%10次~32次<0.5%0.02%電壓諧波測試電網標稱電壓:380V電壓總諧波畸變率檢驗結果結論5%4.6%各次諧波電壓含有率奇次檢驗結果4%3.8%偶次檢驗結果2%1.6%備注滿足國標準:<1993-2005光伏并網技術要求>及國標<14549-電能質量公用電網諧波>23并網電路拓撲結構

大型并網光伏電站配置拓撲圖24大型電站設備配置組成太陽電池方陣接線箱直流配電逆變器高低配柜變壓器(室內或室外)并網及數據顯示和通信2526并網系統的監控及調度技術

IEEE1547規定，功率超過250kW的分布式電源必須安裝監測系統，以監視電站的接入狀態、有功、無功輸出和連接點的電壓大功率逆變器要求具有：接受遠方調度指令進行有功輸出調節、功率因素的調節、遠程開關機功能、低電壓穿越功能等27配電設計匯流箱設計:防雷匯流箱主要用于光伏電站并網系統、離網自發自用系統中，起到光伏組件到逆變器的連接過渡作用，主要用于保護系統的安全性、現場施工的方便與可維護性，特別對于大型光伏并網發電系統，為了減少光伏組件與逆變器之間的連接線、方便維護提高可操作性與安全性，加裝匯流箱起到直流的匯集作用，同時通過加裝相關裝置可起到光伏組件的串聯支路的電流電壓監測及通斷報警功能，產品一般與逆變器做為配套使用，用戶根據逆變器的直流輸入電壓范圍，將一定數量的光伏組件進行串聯后，多個陣列的光伏組件接入匯流箱進行匯流，由匯流箱內防雷器與斷路器保護后輸出，大大方便后端逆變器的接入，由匯流箱輸出到直流配電單元，再接到逆變器28參考電氣圖(8進1出防雷匯流箱)直流保險29直流配電柜設計直流配電柜主要用于對前端防雷匯流箱的支路進行匯流，根據對應逆變器的容量，將一定數量的匯流箱輸出進行并聯，在每個輸入端加裝電流顯示\加裝輸入斷路器開關\輸出端加裝防雷裝置、電壓顯示裝置\總輸出開關裝置等，直流配電柜輸出總正極、總負極給對應的并網逆變器直流輸入處。30直流配電柜參考電氣圖31光伏組串數設計1、取決于逆變器的直流輸入電壓范圍和最高允許電壓；

2、取決于光伏組件的Vm和Voc；

3、取決于當地冬季白天最低溫度(溫度系數的比例關系);4、根據電池板的規格：30VMP一般設計在20—21串聯；36VMP一般設計在16—18串聯。48VMP一般設計12-14串聯。32監控通訊介紹監控系統采用實時數據庫系統軟件，構建統一的實時數據監管平臺，通過采集裝置采集電站內所有發電設備的數據，包括以下設備：逆變器、匯流箱、直流柜，環境采集器。實現電站內所連設備數據的實時監視、管理和存貯。監控系統的主要功能：

監控設計331）數據采集

2）數據監視

3）通信機制4）系統管理安全措施5)數據庫功能6)計算處理功能7)事件記錄及報警8）報表功能

9)打印功能10）遠程瀏覽功能34逆變器自帶監控軟件（界面示意圖）35多設備集中監控界面示意圖36監控系統的主畫面37電站逆變器監視畫面38用戶終端主畫面39遠程監控示意圖例40高低配電柜設計接入點方案與配置：前端逆變器系統圖41要求升壓變壓器為雙分裂雙繞組,低壓側額定電壓為270VAC/270VAC;高壓側額定電壓為10KV/35KV;設計容量為500KVA/500KVA/1000KVA/每臺變壓器42相關設計圖43444546接入點實物與接線圖47電纜布線設計48防雷接地設計電站場地整理1、爐渣鋪墊、壓實2、只對道路進行處理3、不做任何處理4、依勢而建，沒有平整。施工建設流程設計建設階段(續)

平整土地Source:PhoenixSolar

支架打樁50水泥地基簡單地埋直接埋地水泥墩地扦固定建設階段(續)51Source:PhoenixSolar建設階段—支架正式安裝52電站機房建設預制機房混凝土機房沒有機房53電纜鋪設54匯流箱安裝接線Source:PhoenixSolar55防雷和接地56電站圍欄建設57電網接入系統58四、特殊設計

（遮擋和占地計算、抗風能力設計、系統的防雷接地）59太陽電池方陣間距計算計算當太陽電池子陣前后安裝時的最小間距D。一般確定原則：冬至當天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應被遮擋。60按照國家標準公式計算間距：當光伏電站功率較大，需要前后排布太陽電池方陣，或當太陽電池方陣附近有高達建筑物或樹木的情況下，需要計算建筑物或樹木的陰影，以確定方陣間的距離或太陽電池方陣與建筑物的距離。一般確定原則：冬至當天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應被遮擋。計算公式如下：太陽高度角的公式：sin=sin

sin+cos

cos

cos太陽方位角的公式：sinβ=cos

sin/cos式中：為當地緯度；為太陽赤緯，冬至日的太陽赤緯為-23.5度；為時角，上午9:00的時角為45度。D=cosβ×L，L=H/tan，

=arcsin(sin

sin+cos

cos

cos)61太陽電池方陣抗風能力設計

（依據：GB50009-2006建筑結構荷載規范、GB50017-2003《鋼結構設計規范》）

1、需要計算受風梁在受風條件下的彎曲應力和彎曲度；2、需要計算支撐臂在順風條件下的壓曲強度和逆風條件下的拉伸強度；3、需要計算在受風條件下螺栓的剪切力（折斷力）的耐受強度。62設備的防雷和接地措施1：架設避雷針防止低空直擊雷措施2:太陽電池方陣支架可靠接地；措施3：太陽電池方陣接線箱內，輸入、輸出處加裝防雷器，各機殼均可靠接地；措施4：機房設備需可靠接地。措施5：控制室進、出線處均增設防雷隔離箱，內裝防雷保安器，防止感應雷；63防雷措施可恢復的防雷器不可恢復的防雷器64基本概念理解接閃器：直接截受雷擊的避雷針、避雷線、避雷網等，架空安裝。引下線（建筑）：連接接閃器和接地體的金屬導體。1、2、3類建筑的引下線均不得少于2根。接地體：埋入土壤中或混凝土基礎中作為散流作用的導體。接地線：連接引下線和接地體的導體。過電壓保護器：避雷器、放電間隙、壓敏電阻等。防雷裝置：接閃器、接地體、接地線、引下線、過電壓保護器的總合。接地：將接閃器、被保護裝置、設備或過電壓保護器用接地線與接地體連接，稱為接地。接地包括：工作接地、保護接地和過電壓保護接地。65設備接地