大型地面電站設(shè)計(jì)培訓(xùn)用

南京冠亞電源設(shè)備有限公司2012年2月18日大型地面光伏發(fā)電技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用工程師:徐學(xué)亮冠亞新廠區(qū)1、光伏發(fā)電的特點(diǎn)

2、地面光伏系統(tǒng)容量規(guī)劃

3、光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4、光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝與維護(hù)（建設(shè)階段闡述）；

5、南京冠亞并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品簡介

目錄3一、光伏發(fā)電的特點(diǎn)取之不盡，用之不竭對環(huán)境無污染，零排放隨處可得，就近供電無機(jī)械磨損，維護(hù)簡單，運(yùn)行可靠隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性4反射直射吸收散射456二、目前光伏系統(tǒng)容量規(guī)劃系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明：

光伏電站的系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)由光伏發(fā)電系統(tǒng)和機(jī)電設(shè)計(jì)兩個(gè)部分組成，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)指從太陽電池組件至逆變器之間的所有電氣設(shè)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(jī)電部分指從逆變器交流側(cè)至電站送出部分的所有電氣、控制保護(hù)、通信及通風(fēng)等。7目前子系統(tǒng)1MW容量說明特點(diǎn)說明：電站采用“集中設(shè)計(jì)、集中控制、單點(diǎn)并網(wǎng)”的總體技術(shù)方案。(1)在電氣線路上，并網(wǎng)系統(tǒng)分為多個(gè)獨(dú)立的1MWp分系統(tǒng)；(2)每個(gè)1MWp分系統(tǒng)包括2個(gè)500kWp子系統(tǒng)、1臺(tái)1000kVA的升壓變壓器；(3)每個(gè)子系統(tǒng)由光伏方陣、直流配電柜、并網(wǎng)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(nèi)各處照明、暖通、檢修等負(fù)荷。8子系統(tǒng)配置說明1MW單元：國內(nèi)外為主流、為典型應(yīng)用系統(tǒng)單元：在國內(nèi)外運(yùn)行最多、最安全穩(wěn)定的是1MW為單元，具有成熟的配套元件產(chǎn)品及成熟的電氣保護(hù)線路，例如，市場設(shè)備廠家，專門提供1MW光伏專用升壓變系統(tǒng)及開關(guān)保護(hù)設(shè)備，此1MW結(jié)構(gòu)采用雙分裂雙繞組變壓器。對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，影響系統(tǒng)的發(fā)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(tǒng)的發(fā)電效率，每個(gè)1MW并網(wǎng)子站采用2臺(tái)單機(jī)500KW高效無變壓器型大功率并網(wǎng)逆變器，配置1臺(tái)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(wǎng)發(fā)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(guān)站控制樓直配柜直配柜結(jié)構(gòu)圖11三、光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)步驟2、逆變器選型及相關(guān)介紹3、配電設(shè)計(jì)（匯流箱設(shè)計(jì)、直流配電柜設(shè)計(jì)、監(jiān)控設(shè)計(jì)、箱式變設(shè)計(jì)、高低配電柜設(shè)計(jì)等）4、電纜連接布線設(shè)計(jì)5、防雷接地設(shè)計(jì)6、施工建設(shè)流程設(shè)計(jì)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟1、在考察的基礎(chǔ)上進(jìn)行預(yù)可行性設(shè)計(jì)與研究；2、技術(shù)方案確定和設(shè)備選型（太陽電池、逆變器、監(jiān)控、其它輔助設(shè)備、運(yùn)行方式等）；3、工程設(shè)計(jì)：(土建施工方案、抗風(fēng)能力、防雷接地、電網(wǎng)電氣接入系統(tǒng))；4、特殊設(shè)計(jì)：1)對于大型光伏電站：占地計(jì)算、場地、基礎(chǔ)、機(jī)房、圍欄、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)等。12逆變器選型及相關(guān)介紹逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖可靠性（元器件選擇、保護(hù)功能）最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（MPPT）孤島檢測和防護(hù)電網(wǎng)鎖相同步技術(shù)輸出電流總諧波控制并網(wǎng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控及調(diào)度技術(shù)13并網(wǎng)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

（自身不帶隔離變壓器）自帶變壓器(用戶側(cè)型)14可靠性并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)要與整個(gè)光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)壽命相符合，產(chǎn)品的可靠性、可用性、適應(yīng)性為重點(diǎn)內(nèi)容。為此要求逆變器在軟件上、硬件上都要相應(yīng)做好可靠性設(shè)計(jì)。1）硬件上：逆變器IGBT模塊、直流輸入開關(guān)、交流輸出開關(guān)、電容器、散熱風(fēng)機(jī)、濾波器等選型計(jì)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(dǎo)通壓降等）、電流限值、最高開關(guān)頻率等因數(shù)；其它設(shè)備要考慮電壓電流參數(shù)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(jìn)數(shù)子化DSP技術(shù)，周全的保護(hù)電路來保障系統(tǒng)安全運(yùn)行可靠。16IGBT功率模塊

接觸器開關(guān)排風(fēng)機(jī)

防雷器

模塊吸收電路-1模塊吸收電路-2

17最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)（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(diǎn)跟蹤的過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自尋優(yōu)過程，即通過微調(diào)節(jié)光伏電池端電壓來控制最大功率的輸出。要求：快速、準(zhǔn)確和穩(wěn)定孤島現(xiàn)象和防護(hù)孤島現(xiàn)象：當(dāng)電網(wǎng)的部分線路因故障或檢修而停電時(shí)，停電線路由所連的并網(wǎng)發(fā)電裝置繼續(xù)供電，并連同周圍的負(fù)載構(gòu)成一個(gè)自給供電的孤島。21鎖相同步與功率調(diào)節(jié)逆變器本體具有并網(wǎng)鎖相同步技術(shù)，具有與遠(yuǎn)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(yàn)結(jié)果結(jié)論〈5%<3.5%奇次諧波電流畸變限值檢驗(yàn)結(jié)果結(jié)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(yàn)結(jié)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(wǎng)標(biāo)稱電壓:380V電壓總諧波畸變率檢驗(yàn)結(jié)果結(jié)論5%4.6%各次諧波電壓含有率奇次檢驗(yàn)結(jié)果4%3.8%偶次檢驗(yàn)結(jié)果2%1.6%備注滿足國標(biāo)準(zhǔn):<1993-2005光伏并網(wǎng)技術(shù)要求>及國標(biāo)<14549-電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波>23并網(wǎng)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

大型并網(wǎng)光伏電站配置拓?fù)鋱D24大型電站設(shè)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(nèi)或室外)并網(wǎng)及數(shù)據(jù)顯示和通信2526并網(wǎng)系統(tǒng)的監(jiān)控及調(diào)度技術(shù)

IEEE1547規(guī)定，功率超過250kW的分布式電源必須安裝監(jiān)測系統(tǒng)，以監(jiān)視電站的接入狀態(tài)、有功、無功輸出和連接點(diǎn)的電壓大功率逆變器要求具有：接受遠(yuǎn)方調(diào)度指令進(jìn)行有功輸出調(diào)節(jié)、功率因素的調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)功能、低電壓穿越功能等27配電設(shè)計(jì)匯流箱設(shè)計(jì):防雷匯流箱主要用于光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)、離網(wǎng)自發(fā)自用系統(tǒng)中，起到光伏組件到逆變器的連接過渡作用，主要用于保護(hù)系統(tǒng)的安全性、現(xiàn)場施工的方便與可維護(hù)性，特別對于大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，為了減少光伏組件與逆變器之間的連接線、方便維護(hù)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(shí)通過加裝相關(guān)裝置可起到光伏組件的串聯(lián)支路的電流電壓監(jiān)測及通斷報(bào)警功能，產(chǎn)品一般與逆變器做為配套使用，用戶根據(jù)逆變器的直流輸入電壓范圍，將一定數(shù)量的光伏組件進(jìn)行串聯(lián)后，多個(gè)陣列的光伏組件接入?yún)R流箱進(jìn)行匯流，由匯流箱內(nèi)防雷器與斷路器保護(hù)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(jìn)1出防雷匯流箱)直流保險(xiǎn)29直流配電柜設(shè)計(jì)直流配電柜主要用于對前端防雷匯流箱的支路進(jìn)行匯流，根據(jù)對應(yīng)逆變器的容量，將一定數(shù)量的匯流箱輸出進(jìn)行并聯(lián)，在每個(gè)輸入端加裝電流顯示\加裝輸入斷路器開關(guān)\輸出端加裝防雷裝置、電壓顯示裝置\總輸出開關(guān)裝置等，直流配電柜輸出總正極、總負(fù)極給對應(yīng)的并網(wǎng)逆變器直流輸入處。30直流配電柜參考電氣圖31光伏組串?dāng)?shù)設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)囟景滋熳畹蜏囟?溫度系數(shù)的比例關(guān)系);4、根據(jù)電池板的規(guī)格：30VMP一般設(shè)計(jì)在20—21串聯(lián)；36VMP一般設(shè)計(jì)在16—18串聯(lián)。48VMP一般設(shè)計(jì)12-14串聯(lián)。32監(jiān)控通訊介紹監(jiān)控系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件，構(gòu)建統(tǒng)一的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺(tái)，通過采集裝置采集電站內(nèi)所有發(fā)電設(shè)備的數(shù)據(jù)，包括以下設(shè)備：逆變器、匯流箱、直流柜，環(huán)境采集器。實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)所連設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、管理和存貯。監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能：

監(jiān)控設(shè)計(jì)331）數(shù)據(jù)采集

2）數(shù)據(jù)監(jiān)視

3）通信機(jī)制4）系統(tǒng)管理安全措施5)數(shù)據(jù)庫功能6)計(jì)算處理功能7)事件記錄及報(bào)警8）報(bào)表功能

9)打印功能10）遠(yuǎn)程瀏覽功能34逆變器自帶監(jiān)控軟件（界面示意圖）35多設(shè)備集中監(jiān)控界面示意圖36監(jiān)控系統(tǒng)的主畫面37電站逆變器監(jiān)視畫面38用戶終端主畫面39遠(yuǎn)程監(jiān)控示意圖例40高低配電柜設(shè)計(jì)接入點(diǎn)方案與配置：前端逆變器系統(tǒng)圖41要求升壓變壓器為雙分裂雙繞組,低壓側(cè)額定電壓為270VAC/270VAC;高壓側(cè)額定電壓為10KV/35KV;設(shè)計(jì)容量為500KVA/500KVA/1000KVA/每臺(tái)變壓器42相關(guān)設(shè)計(jì)圖43444546接入點(diǎn)實(shí)物與接線圖47電纜布線設(shè)計(jì)48防雷接地設(shè)計(jì)電站場地整理1、爐渣鋪墊、壓實(shí)2、只對道路進(jìn)行處理3、不做任何處理4、依勢而建，沒有平整。施工建設(shè)流程設(shè)計(jì)建設(shè)階段(續(xù))

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(shè)階段(續(xù))51Source:PhoenixSolar建設(shè)階段—支架正式安裝52電站機(jī)房建設(shè)預(yù)制機(jī)房混凝土機(jī)房沒有機(jī)房53電纜鋪設(shè)54匯流箱安裝接線Source:PhoenixSolar55防雷和接地56電站圍欄建設(shè)57電網(wǎng)接入系統(tǒng)58四、特殊設(shè)計(jì)

（遮擋和占地計(jì)算、抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的防雷接地）59太陽電池方陣間距計(jì)算計(jì)算當(dāng)太陽電池子陣前后安裝時(shí)的最小間距D。一般確定原則：冬至當(dāng)天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋。60按照國家標(biāo)準(zhǔn)公式計(jì)算間距：當(dāng)光伏電站功率較大，需要前后排布太陽電池方陣，或當(dāng)太陽電池方陣附近有高達(dá)建筑物或樹木的情況下，需要計(jì)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(dāng)天早9：00至下午3：00太陽電池方陣不應(yīng)被遮擋。計(jì)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(dāng)?shù)鼐暥?；為太陽赤緯，冬至日的太陽赤緯?23.5度；為時(shí)角，上午9:00的時(shí)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(fēng)能力設(shè)計(jì)

（依據(jù)：GB50009-2006建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》）

1、需要計(jì)算受風(fēng)梁在受風(fēng)條件下的彎曲應(yīng)力和彎曲度；2、需要計(jì)算支撐臂在順風(fēng)條件下的壓曲強(qiáng)度和逆風(fēng)條件下的拉伸強(qiáng)度；3、需要計(jì)算在受風(fēng)條件下螺栓的剪切力（折斷力）的耐受強(qiáng)度。62設(shè)備的防雷和接地措施1：架設(shè)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(nèi)，輸入、輸出處加裝防雷器，各機(jī)殼均可靠接地；措施4：機(jī)房設(shè)備需可靠接地。措施5：控制室進(jìn)、出線處均增設(shè)防雷隔離箱，內(nèi)裝防雷保安器，防止感應(yīng)雷；63防雷措施可恢復(fù)的防雷器不可恢復(fù)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(wǎng)等，架空安裝。引下線（建筑）：連接接閃器和接地體的金屬導(dǎo)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(chǔ)中作為散流作用的導(dǎo)體。接地線：連接引下線和接地體的導(dǎo)體。過電壓保護(hù)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(hù)器的總合。接地：將接閃器、被保護(hù)裝置、設(shè)備或過電壓保護(hù)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(hù)接地和過電壓保護(hù)接地。65設(shè)備接地