1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案

1MW光伏并网发电系统设计方案介绍合肥阳光电源有限公司2009.81MW太阳能光伏并网发电系统技术方案1说明对于MW级的大型太阳能光伏并网电站，一般可分为太阳能电池组件、逆变控制设备和电网接入装置三大部分。其中：逆变控制设备主要包括光伏阵列防雷汇流箱（以下简称“汇流箱”）、直流防雷配电柜、并网逆变器和并网监控装置等设备。系统设计时，需考虑以下几个问题：太阳能电池组件的选型、固定方式和安装角度的设计；太阳能电池组件的串并联数量设计；光伏阵列的防雷接地设计光伏阵列的直流汇流设计；并网逆变器的选型、组合设计；系统电网接入站的设计，包括升压变、开关柜、计量、监控等设计；并网发电系统的监控及通讯设计；系统所需的电缆选型、敷设等设计；系统的土建基础、设备房的设计。针对MW级太阳能光伏并网发电系统，需要设计内容很多，本方案简单介绍了系统的设计方案、原理框图及系统的主要设备构成，重点介绍了逆变控制设备的相关资料，以供用户参考。本方案以180Wp晶体硅太阳能电池组件为例，推荐配置SG250K3并网逆变器进行设计，接入10KV电网实现上网发电功能。当然，系统也可采用其他规格的太阳能电池组件和并网逆变器，具体的设计方案需要根据系统的实际需要进行优化。1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案2一、总体设计方案1.1方案介绍本系统采用分块发电、集中并网的方式进行设计，1MW光伏组件可分成4个250KW的光伏阵列，通过直流汇流装置分别接至4台SG250K3并网逆变器，经1套0.4/10KV(2000KVA)升压装置接入10KV电网，实现并网发电。1.2系统原理框图并网逆变器1SDCG-300K直流防雷配电柜SPVCB-6汇流箱0.4KV低压开关柜环境监测仪RS4851.7MW太阳能并网设备房SPVCB-6汇流箱SG250K310KV高压开关柜0.4/10KV(2000KVA)升压变压器并网监控装置电力系统监控装置10KV接入SPVCB-6汇流箱SPVCB-6汇流箱SDCG-300K直流防雷配电柜SDCG-300K直流防雷配电柜SPVCB-6汇流箱SPVCB-6汇流箱SG250K3并网逆变器2SG250K3并网逆变器717串80组17串80组17串80组1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案3二、系统构成介绍2.1光伏组件目前，光伏电站大多采用单晶硅、多晶硅和非晶硅电池组件，本系统以180Wp多晶硅光伏组件为例进行设计。180Wp多晶硅光伏组件在标准条件下的主要参数如下：峰值工作电压Vmp=36V开路电压Voc=44V工作电流约5A最大系统电压1000V开路电压温度系数：-0.35%/K（备注：在设计电池串列时，一定要明确上述光伏组件的参数,以及温度变化对组件电压的影响。）根据SG250K3逆变器的输入电压范围，每个电池串列按照17块180Wp光伏组件串联设计（如下图所示），250KW并网单元需要80组电池串列,系统共需5440块光伏组件。2.3直流汇流装置2.3.1光伏阵列防雷汇流箱本系统使用SPVCB-6汇流箱，如下图所示。该汇流箱的接线方式为6进1出，即把相同规格的6路电池串列输入经汇流后输出1路直流。该汇流箱具有以下特点：1)防护等级IP65，满足室外安装的要求；2)可同时接入6路电池串列，每路电池串列的允许最大电流10A；1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案43)每路接入电池串列的开路电压值最大可达DC900V；4)每路电池串列的正负极都配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值可达DC1000V；5)直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器，防雷器选用菲尼克斯品牌；6)直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器选用ABB品牌。7)汇流箱的电气原理框图如下图所示：电池串列6(+)电池串列5(+)电池串列3(+)电池串列4(+)电池串列2(+)直流断路器防雷器-+高压熔丝电池串列1(+)接地直流输出(+)直流输出(-)电池串列1(-)电池串列2(-)电池串列4(-)电池串列3(-)电池串列5(-)电池串列6(-)每个250KW并网单元配置14台汇流箱，1.7MWp并网发电单元需配置98台汇流箱。2.3.2直流防雷配电柜直流防雷配电柜安装在设备房，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再接至并网逆变器，方便操作和维护。主要性能特点如下：1)每台直流防雷配电柜按照1个300KW配电单元设计；2)直流输入回路配有可分断的直流断路器和防反二极管，断路器选用ABB品牌；3)直流输出回路配置光伏专用防雷器，选用菲尼克斯品牌；4)直流输出回路配置1000V直流电压显示表；5)电气原理框图如下图所示：1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案5+-二极管-+断路器+--++--+++--+--++--+直流输入1(至汇流箱)直流输入8直流输入7直流输入9直流输入10直流输入11直流输入12直流输入6直流输入5直流输入4直流输入3直流输入2(至并网逆变器)防雷器直流输出V电压表+-如上图所示，每台直流防雷配电柜可接1台SG250K3并网逆变器，1MW并网单元需配置4台直流防雷配电柜。2.4并网逆变器本系统设计为4个250KW并网发电单元，每个250KW并网发电单元配置1台型号为SG250K3并网逆变器，整个1MWp系统配置4台SG250K3并网逆变器。（1）性能特点介绍SG250K3并网逆变器采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用进口IGBT模块组装，运用三相桥式变换原理，将光伏阵列输出直流电压变换为三相交流电，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（输出380V，50Hz）后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法。1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案6SG250K3电路拓扑结构图该并网逆变器的主要性能特点如下：采用32为数字信号处理器作为控制CPU，运用带模糊控制的SPWM调制策略，经过优化的最大功率点跟踪技术可以保证设备的高效输出；自主研发的无差拍电流控制技术，最大程度保证输送到电网的电能质量；采用新型矢量控制技术，可以抑制三相不平衡对系统的影响，并同时提高直流电压利用率，拓展了系统的直流电压输入范围；采用国际先进的优质的IGBT功率模块，有效地降低了开关损耗与导通损耗，提高系统的效率；采用50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和交流电网之间的电气隔离；具有直流输入手动分断开关、交流电网手动分断开关和紧急停机操作按钮，便于维护和操作；具有先进的孤岛效应检测和保护方案，以及完善的监控功能；具有过载、短路、电网过欠压、电网过欠频等保护及告警功能；适应中国电网电压波动较大的特点；智能型触摸屏人机操作界面，多语种显示菜单，图形化的界面经过人机工程学设计，方便用户及时掌握系统的整体信息，包括各项运行数据、历史数据、发电量数据、二氧化碳减排，以及发电功率曲线等信息；可提供RS485或Ethernet（选配）远程通讯接口。其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet（选配）接口支持TCP/IP协议，支持动态(DHCP)或静态获取IP地址；按照IEEE1547、UL1741等国际标准要求进行产品设计。1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案7（2）技术参数型号SG250K3隔离方式工频隔离变压器最大太阳电池阵列功率275KWp最大阵列开路电压880Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围450Vdc～820Vdc直流输入路数8路最大阵列输入电流600A额定交流输出功率250KW总电流波形畸变率3%（额定功率）功率因数0.99（额定功率）最大效率97.1%欧洲效率96.5%额定电网电压范围（三相）310VAC～450VAC额定电网频率47～51.5Hz&57～61.5Hz夜间自耗电100W保护功能极性反接保护、短路保护、过载保护、孤岛效应保护、电网过欠压、电网过欠频保护、过热保护、接地故障保护等通讯接口RS485显示方式触摸屏使用环境温度－25℃～＋55℃使用环境湿度0～95%，不结露冷却方式风冷防护等级IP20（室内）尺寸（深×宽×高）850×2400×2180mm重量1700kg1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案8（3）设备图片1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案9（4）产品资质检测及认证意大利DK5940入网证书1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案10中国电力科学研究院测试报告1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案11科学技术成果鉴定证书1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案122.5电网接入设计本系统采用的SG250K3并网逆变器适合于直接并入三相低压交流电网（AC380/220V，50Hz）,需要配置1套0.4/10KV升压装置，实现接入10KV电网发电，系统的升压装置主要包括0.4KV低压开关柜、升压变(0.4/10KV,2000KVA)、10KV高压开关柜及电力监控装置等设备。10KV电网接入升压装置原理框图如下：计量柜压变避雷柜出线柜进线柜出线柜10KV高压开关柜升压变压器0.4/10KV10KV电网接入0.4KV低压开关柜SG250K3逆变器1SG250K3逆变器72000KVA备注：升压装置应根据电力系统的设计要求，由专业单位进行设计。1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案132.6环境监测仪本系统配置1套环境监测仪(如下图所示)，用来监测现场的环境情况：该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，通过RS485接口与并网监控装置工控机通讯。2.7并网监控装置监控装置包括监控主机、监控软件和显示设备。本系统采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统多机版监控软件，采用RS485通讯方式，可以实时获取所有并网逆变器的运行参数和工作数据。(1)工控机的性能特点如下：嵌入式低功耗C3系列处理器；带LCD/CRTVGA接口；以太网口；RS232通讯接口；配备RS485/RS232转接器;USB2.0；256M内存(可升级)；1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案1440G笔记本硬盘(可升级)。(2)并网系统的网络版监控软件（SPS-PVNET）功能如下：实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量以及每天发电功率曲线图；可查看每台逆变器的运行参数，主要包括（但不限于）：a.直流电压b.直流电流c.交流电压d.交流电流e.逆变器机内温度f.时钟g.频率h.当前发电功率i.日发电量j.累计发电量k.累计CO2减排量l.每天发电功率曲线图监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少包括以下内容：a.电网电压过高b.电网电压过低c.电网频率过高d.电网频率过低e.直流电压过高f.逆变器过载g.逆变器过热h.逆变器短路i.逆变器孤岛j.DSP故障1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案15k.通讯失败(3)监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向和环境温度。(4)可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，包括实时存储环境数据、故障数据等参数。(5)可连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。(6)可提供中文和英文两种语言版本。(7)监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。(8)显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果.下图是本公司的并网逆变器的监控界面：1MW太阳能光伏并网发电系统技术方案161MW太阳能光伏并网发电系统技术方案171MW太阳能光伏并网发电系统技术方案181MW太阳能光伏并网发电系统技术方案19三、主要设备配置序号名称型号规格数量单价（元）总价（万元）1多晶硅光伏组件180Wp5440块2970161